Blog de PCB - Diseño anti - interferencia de PCB de alta velocidad DSP

With ESte wide application of DSP (Digital Signal Processor), Diseño de un sistema de procesamiento de señales de alta velocidad PCB Board El diseño basado en DSP es especialmente importante. En el sistema DSP, El microprocesador DSP puede funcionar a frecuencias de hasta cientos de MHz, Y su línea de reinicio, Líneas de interrupción y control, Interruptor de circuito integrado, Alta precisión a/Circuito de conversión D, Los circuitos que contienen señales analógicas débiles son fácilmente interferidos. Por lo tanto, diseñar y desarrollar un sistema DSP estable y fiable, El diseño anti - interferencia es muy importante. Interferencia, Energía de interferencia, Poner el receptor en un Estado no deseado. There are two types of Interferencia: direct (coupling via conductors, Impedancia común, Etc..) and indirect (coupling via crosstalk or radiation). Muchas fuentes de emisiones eléctricas, Por ejemplo, luz, Motor, Lámparas fluorescentes, Puede causar interferencia, and there are three necessary ways for electromagnetic interference (EMI) to have an impact, Es decir,, Fuente de interferencia, Medios de comunicación, Receptor de interferencia. Sólo tiene que cortar uno de ellos.. Problemas de interferencia electromagnética.

1. Análisis de la interferencia en el sistema DSP

Para que el sistema DSP sea estable y fiable, la interferencia debe eliminarse en todos los aspectos, incluso si no puede eliminarse completamente, también debe reducirse en la medida de lo posible. Para el sistema DSP, las principales interferencias son las siguientes:

Interferencia del canal de entrada y salida. Esto significa que la interferencia entra en el sistema a través del canal delantero y el canal trasero, como el enlace de adquisición de datos del sistema DSP. La interferencia se superpone a la señal a través del sensor, lo que aumenta el error de adquisición de datos. En el enlace de salida, la interferencia puede aumentar el error de datos de salida, o incluso el error completo, causando que el sistema se estrelle. El uso razonable del dispositivo optocoupler puede reducir la interferencia del canal de entrada y salida. Para la interferencia entre el sensor y el sistema principal DSP, se puede utilizar el aislamiento eléctrico para introducir la interferencia positiva.

Interferencia del sistema de energía. La principal fuente de interferencia de todo el sistema DSP. Cuando la fuente de alimentación suministra energía al sistema, también puede aumentar el ruido de la fuente de alimentación, por lo que en el diseño del Circuito de chip de potencia, el cable de alimentación debe ser desacoplado.

Interferencia de acoplamiento de radiación espacial. El acoplamiento a través de la radiación se conoce comúnmente como crosstalk. Cuando la corriente fluye a través de los cables, se produce una conversación cruzada, lo que resulta en que el campo electromagnético induce la corriente transitoria en los cables adyacentes, lo que conduce a la distorsión de la señal adyacente e incluso al error. La fuerza de la conversación cruzada depende de la geometría y la distancia entre el dispositivo y el cable. En el cableado DSP, cuanto mayor es la distancia entre la línea de señal y la línea de tierra, más cerca está la línea de tierra, más eficaz es reducir la conversación cruzada.

2.. Diseño PCB Board for the cause of the interference

A continuación se presentan los métodos para reducir la interferencia en la fabricación de PCB en el sistema DSP.

2.1 diseño laminado de placas multicapas

Con el fin de mejorar la calidad de la señal, reducir la dificultad de cableado y aumentar el EMC del sistema en el circuito digital de alta velocidad DSP, el diseño de apilamiento de placas multicapas se utiliza generalmente. El diseño de la pila puede proporcionar un camino de retorno corto, reducir el área de acoplamiento y suprimir la interferencia del modo diferencial. En el diseño de la pila, se asigna una fuente de alimentación especial y un plano de puesta a tierra, y el plano de puesta a tierra y el plano de alimentación están estrechamente acoplados para suprimir la interferencia del modo común (utilizando el plano adyacente para reducir la Impedancia de CA del plano de alimentación). Hay una capa de alimentación debajo de la capa superior, y los pines de alimentación de los componentes se pueden conectar directamente a la fuente de alimentación sin pasar por el plano de tierra. Las señales clave se seleccionan en el nivel inferior (inferior) para que el espacio de enrutamiento de las señales importantes sea mayor y el dispositivo se coloque en la misma capa en la medida de lo posible. Si no es necesario, no utilice piezas de dos capas para hacer placas de circuitos, lo que aumentará el tiempo de montaje y la complejidad del montaje. Por ejemplo, en la capa superior, sólo cuando los componentes de la capa superior son demasiado densos, se colocan en la capa inferior dispositivos de altura limitada y baja emisión de calor, como condensadores de desacoplamiento (parches). Para los sistemas DSP, es posible que necesite colocar un gran número de cables, y puede utilizar el diseño de apilamiento para el cableado interno. Si el orificio tradicional desperdicia una gran cantidad de valioso espacio de cableado, se puede utilizar el orificio ciego enterrado para aumentar el área de cableado.

2.2 diseño de la disposición

Para obtener el rendimiento del sistema DSP, la disposición de los componentes es muy importante. En primer lugar, coloque los dispositivos DSP, Flash, SRAM y CPLD, estos dispositivos deben considerar cuidadosamente el espacio de enrutamiento, luego coloque otros ci de acuerdo con el principio de independencia funcional, y considere la colocación del puerto de E / S. En combinación con el diseño anterior, se considera el tamaño de la placa de PCB: si el tamaño es demasiado grande, la línea de impresión es demasiado larga, la impedancia aumenta, la capacidad anti - ruido disminuye, el costo de la placa de fabricación aumentará; Si el PCB es demasiado pequeño, la disipación de calor será muy pobre, el espacio es limitado, las líneas adyacentes son susceptibles a la interferencia. Por lo tanto, el equipo debe seleccionarse de acuerdo con las necesidades reales y el tamaño del PCB debe calcularse aproximadamente de acuerdo con el espacio de cableado. Al diseñar el sistema DSP, se debe prestar especial atención a la colocación de los siguientes componentes.

Diseño de la señal de alta velocidad: en todo el sistema DSP, las principales líneas de señal digital de alta velocidad se encuentran entre DSP, memoria flash y SRAM, por lo que la distancia entre los equipos debe ser lo más cercana posible, la conexión debe ser lo más corta posible, y la conexión directa. Por lo tanto, para reducir la influencia de la línea de transmisión en la calidad de la señal, la traza de la señal de alta velocidad debe ser lo más corta posible. También hay que tener en cuenta que muchos chips DSP de velocidad de varios cientos de MHz requieren bobinado en forma de serpiente. Esto se resaltará en el cableado de abajo.

Disposición de los equipos digitales y analógicos: la mayoría de los sistemas DSP no son circuitos de una sola función y utilizan un gran número de equipos digitales y equipos mixtos digitales y analógicos de la cmo, por lo que los equipos digitales y analógicos deben estar dispuestos por separado. El equipo de señales analógicas se centralizará en la medida de lo posible para que las regiones independientes pertenecientes a las señales analógicas puedan trazarse analógicamente en el Centro de todo el terreno digital a fin de evitar interferencias entre las señales digitales y las señales analógicas. Algunos dispositivos híbridos digitales - analógicos, como los convertidores D / A, se consideran tradicionalmente dispositivos analógicos y se colocan en el suelo analógico y se les proporciona un bucle digital para alimentar el ruido digital a la fuente de señal a fin de reducir el ruido digital. Influencia en la puesta a tierra simulada.

Diseño del reloj: para el reloj, la selección del CHIP y la señal de bus, manténgase lo más alejado posible de las líneas de E / S y los conectores. La entrada del reloj del sistema DSP es fácil de interferir, y su procesamiento es muy crítico. Mantenga el generador de reloj lo más cerca posible del chip DSP y mantenga la línea de reloj lo más corta posible. La carcasa del Oscilador de cristal del reloj está conectada a tierra.

Disposición de desacoplamiento: con el fin de reducir la Sobretensión instantánea de la fuente de alimentación del chip IC, se a ñade un condensador de desacoplamiento al chip IC, que puede eliminar eficazmente el efecto de Burr en la fuente de alimentación y reducir el circuito de energía en el tablero de PCB. Reflejo La adición de condensadores de desacoplamiento puede evitar el ruido de alta frecuencia de los dispositivos de CI, y también se puede utilizar como condensadores de almacenamiento para proporcionar y absorber energía de carga y descarga al cambiar las puertas de los CI. En el sistema DSP, los condensadores de desacoplamiento se colocan en cada circuito integrado, como DSP, SRAM, memoria flash, Etc.., y se añaden entre cada fuente de alimentación y la puesta a tierra del chip. Se debe prestar especial atención a los condensadores de desacoplamiento lo más cerca posible de la fuente de alimentación y el Ci. Parte del pie. Garantizar la pureza de la corriente de la fuente de alimentación (fuente de alimentación) al CI y reducir al mínimo las trayectorias de ruido. Cuando se manipule el condensador, se utilizarán agujeros grandes o múltiples, y la conexión entre el orificio y el condensador será lo más corta y gruesa posible. Cuando dos a través de agujeros están muy separados, el camino es demasiado grande, lo que no es bueno; Cuanto más cerca estén los dos orificios del condensador de desacoplamiento, mejor, por lo que el ruido puede llegar al suelo a través de un camino corto. Además, es útil a ñadir condensadores de alta frecuencia a la entrada de energía o a la fuente de alimentación de la batería. En condiciones normales, el valor del condensador de desacoplamiento no es muy estricto. Por lo general, se calcula sobre la base de C = L /, es decir, cuando la frecuencia es de 10 MHz, se toma un condensador de 0,1 μf.

Diseño de la fuente de alimentación: la fuente de alimentación debe considerarse cuidadosamente al desarrollar el sistema DSP. Dado que algunos chips de potencia generan una gran cantidad de calor, deben colocarse preferentemente en una posición propicia para la disipación de calor y a cierta distancia de otros componentes. La disipación de calor se puede lograr añadiendo un radiador o colocando cobre debajo del dispositivo. Tenga cuidado de no colocar el conjunto de calefacción en la parte inferior de la placa de desarrollo.

Otras consideraciones: para la disposición de otros componentes del sistema DSP, se deben tener en cuenta, en la medida de lo posible, los requisitos de fácil soldadura, fácil depuración y estética. Por ejemplo, los dispositivos ajustables, como potenciómetros, bobinas de Inductancia ajustables, condensadores variables y interruptores DIP, deben colocarse junto con la estructura general. En el caso de los equipos de más de 15 g, se a ñadirán soportes de fijación y se soldarán, prestando especial atención a la posición de los orificios de localización y los soportes de fijación de la placa de PCB. La distancia entre el componente en el borde de la placa de PCB y el borde de la placa de PCB no es generalmente inferior a 2 mm, la placa de PCB es rectangular, la relación de aspecto es de 3: 2 o 4; 3.

2.3 diseño del cableado

Teniendo en cuenta la mejora de la capacidad anti - interferencia del sistema DSP y la mejora de la capacidad de diseño EMC, deben adoptarse algunas medidas y técnicas para el cableado.

Cableado DSP: el cableado generalmente comienza en el dispositivo y se extiende alrededor del dispositivo. En el caso de los dispositivos encapsulados en pqfp (embalaje plástico de cuatro planos) o bga (matriz de cuadrícula bail), como DSP, la dirección del cableado debe determinarse aproximadamente de acuerdo con la posición de diseño de SRAM, memoria flash y CPLD, y los pines deben ser ventilados. El ventilador es especialmente importante para los dispositivos qfp y bga. Al principio del cableado, la salida del pin del dispositivo bga puede ahorrar tiempo para el cableado posterior y mejorar la calidad y eficiencia del cableado. Cuando el cableado, el uso razonable de las funciones de la herramienta Eda, como el cableado dinámico de la fuente de alimentación PCB, para planificar el espacio. Cuando se utiliza dinámicamente, esta función mantiene automáticamente el espaciamiento de las líneas dentro de los límites de las reglas sin perder espacio, reduciendo las modificaciones posteriores y mejorando la calidad y eficiencia del cableado. Para DSP de alta velocidad, también se debe prestar atención a la conversación cruzada y al enrutamiento de sintonía retardada. El procesamiento de serpientes puede garantizar la integridad de la señal y la continuidad del plano de referencia de la señal de alta velocidad. Tenga cuidado de no permitir que las líneas de alta velocidad atraviesen el plano discontinuo cuando sea necesario dividir el plano; Si tiene que cruzar, agregue condensadores al plano. Cuando el espaciamiento de la línea de señal (traza) es tres veces el ancho de la línea de señal, la probabilidad de conversación cruzada (acoplamiento) entre las señales es sólo de aproximadamente el 25%, por lo que puede satisfacer el requisito de interferencia electromagnética (EMI). Por lo tanto, para las líneas de señal de alta velocidad, como CLK y SRAM, recuerde alejarse de las líneas de señal más de tres veces su ancho. Al ajustar la longitud, es decir, la trayectoria de la serpiente, la anchura de la línea y la línea debe ser 3 veces mayor que la anchura de la línea de señal, incluyendo su propia línea de señal, su anchura también es 3 veces la línea de señal. El ancho de línea es de 5 mils, la distancia dentro del devanado es de 15 mils, mayor o igual a 3 veces el ancho de línea.

Enrutamiento del reloj: para la señal del reloj, trate de hacer que la distancia de enrutamiento de otras señales sea lo más grande posible, asegúrese de que la distancia es más de 4 veces el ancho de línea, no se puede enrutar por debajo del reloj (componente); Para las líneas analógicas de entrada de tensión, los terminales de tensión de referencia y las líneas de señal de E / s deben mantenerse lo más alejados posible del reloj.

Fuente de alimentación del sistema de procesamiento: la fuente de alimentación es una parte importante del sistema. En el diseño de apilamiento de PCB se asigna una capa de alimentación separada, pero debido a que el sistema DSP tiene muchos tipos de dispositivos digitales y analógicos, también se utilizan muchos tipos de fuentes de alimentación, por lo que la capa de alimentación se divide en equipos con las mismas características de alimentación. Dividido en la misma área, se puede conectar a un plano de potencia cercano. Sin embargo, debe prestarse especial atención a la continuidad de la señal en el plano de potencia de referencia durante la segmentación. Los resultados experimentales muestran que la corriente que pasa a través de 40 mils de ancho de línea es 1a. Para el orificio L, la corriente 1a puede pasar a través de un diámetro de perforación de 16 mils, por lo que el cable de alimentación puede ser mayor de 20 mils para el sistema DSP. Para la protección contra la radiación electromagnética en la línea de energía, tenga en cuenta lo siguiente: utilice condensadores de derivación para limitar las fugas de corriente alterna en el tablero de circuitos; La bobina de estrangulamiento de modo común está conectada en serie a la línea de energía para suprimir la corriente de modo común que fluye a través de la línea. El cableado está cerca para reducir el área de radiación magnética.

Tratamiento de la puesta a tierra: en todos los problemas de EMC, el principal problema es la puesta a tierra inadecuada. La calidad del tratamiento del cable de tierra afecta directamente a la estabilidad y fiabilidad del sistema. La puesta a tierra tiene las siguientes funciones: reducir el voltaje de modo común VCM en la línea de salida; Reducir la sensibilidad a la electricidad estática (ESD); Reducir la radiación electromagnética. Los circuitos digitales de alta frecuencia y los circuitos analógicos de baja frecuencia no pueden mezclarse, por lo que la puesta a tierra digital / analógica debe separarse, ya que el ruido se produce en la fuente de alimentación y la puesta a tierra cuando los circuitos digitales cambian entre un alto potencial y un bajo potencial; Si no se separa el plano de puesta a tierra, la señal analógica sigue siendo ruido de puesta a tierra. Interferencia Por lo tanto, la señal de alta frecuencia debe ser puesta a tierra en serie multipunto, y el cable de tierra debe ser lo más grueso y corto posible para reducir el ruido de acoplamiento, además de la caída de tensión. Sin embargo, para un sistema, no importa la partición, sólo hay una puesta a tierra final, pero la trayectoria de descarga es diferente. Por lo tanto, la puesta a tierra digital y la puesta a tierra analógica están conectadas a través de cuentas magnéticas o resistencias 0n para eliminar la interferencia de la señal mixta. Al dividir el plano de puesta a tierra, debe garantizarse la continuidad del plano de referencia. En el caso de los PCB coexistentes digitales / analógicos, si la línea de señal analógica está lejos, el circuito de referencia también se pondrá a tierra analógicamente en la medida de lo posible. Esto significa que la puesta a tierra simulada debe ser cortada a lo largo de la trayectoria de la señal analógica en la formación de puesta a tierra para hacer referencia a la puesta a tierra simulada para asegurar la continuidad de su plano de referencia.

5) Other precautions: During wiring, En general, el ángulo del conductor no debe formar una línea plegada de 90° para reducir el acoplamiento de transmisión externa de señales de alta frecuencia.. Al colocar cobre en PCB, Evite el uso de láminas de cobre grandes, De lo contrario, La lámina de cobre se desprende fácilmente después de un largo período de calentamiento; Cuando se debe utilizar una lámina de cobre de gran superficie, Puede ser reemplazado por una cuadrícula, Esto ayuda a eliminar la lámina de cobre y el sustrato. El adhesivo se calienta para producir gases volátiles. The copper foil laid on the penetrating part feet (DIPPIN) is also treated with thermal pads; virtual soldering should be avoided to improve the yield. The input and output sidelines should be avoided to be adjacent to each other to avoid Reflejo interference; if necessary, Aumento del aislamiento del cable de tierra. El cableado de dos capas adyacentes debe ser vertical entre sí, Y es fácil generar acoplamiento paralelo. Para I/O, Se pueden dividir diferentes regiones de cada plano de referencia, Así que soy diferente./Las señales o no interfieren entre sí PCB Board.