Tecnología de PCB - Diseño anti - interferencia de PCB basado en DSP de alta velocidad

En los últimos años, con el rápido desarrollo de nuevas tecnologías y dispositivos, los dispositivos de alta velocidad se han vuelto cada vez más populares, y el diseño de circuitos de alta velocidad se ha convertido en una tecnología ampliamente necesaria. Los chips DSP tms320c62xx, c64xx y c67xx de ti son uno de los dispositivos de alta velocidad de rápido crecimiento. La estructura interna del c6000 es compatible con la serie de punto fijo y coma flotante DSP, la frecuencia principal actual de la CPU es de 100mhz, - 4i00mhz. Usando el núcleo de arquitectura VLIW avanzado de velocititm, ocho instrucciones de 32 bits se pueden ejecutar en paralelo durante un ciclo de instrucciones. Debido a su capacidad de computación de alta velocidad, se utiliza ampliamente en comunicaciones, contramedidas electrónicas, radar, procesamiento de imágenes y otros campos que requieren alta inteligencia y capacidad de procesamiento de alta velocidad.

Con la mejora continua de la integración del chip, el pin del chip es cada vez más, el paquete del dispositivo también está cambiando constantemente, de DIP a OSP, de sop a pqfp, de pqfp a bga. Los dispositivos de la serie tms320c6000 están encapsulados en bga. En la aplicación de circuitos, el paquete bga se utiliza cada vez más ampliamente debido a su alta tasa de éxito, baja tasa de reparación y alta fiabilidad. Sin embargo, debido a que el paquete bga pertenece al paquete de parche de rejilla esférica, la implementación física del sistema en desarrollo, es decir, el diseño a nivel de tablero, implica muchas técnicas de diseño de circuitos digitales de alta velocidad. La interferencia acústica es un factor importante en el sistema de alta velocidad. La radiación y el conflicto ocurren en circuitos de alta frecuencia, mientras que el zumbido, la reflexión y la conversación cruzada ocurren a velocidades de borde más rápidas. Si no se tiene en cuenta la disposición de la señal de alta velocidad y la particularidad del cableado, el tablero diseñado no funcionará correctamente. Por lo tanto, en el proceso de diseño del circuito DSP, el éxito del diseño de PCB es una parte muy importante.

1. Efecto de la línea de transmisión

1.1 integridad de la señal

La integridad de la señal incluye principalmente reflexión, zumbido, rebote en tierra y conversación cruzada. El circuito en el PCB puede ser equivalente a la estructura de Capacitancia, resistencia e Inductancia en serie y paralela mostrada en la figura 1. R - 4). La resistencia de derivación suele ser muy alta a 55 djft. Cuando la resistencia parasitaria, la Capacitancia y la Inductancia se añaden a la conexión real de PCB, la impedancia final en la conexión se llama impedancia característica zo.

Si la Impedancia de la línea de transmisión no coincide con la impedancia del receptor, la señal se reflejará y oscilará.

Circuito equivalente de cableado de PCB

La geometría del cableado, las conexiones finales incorrectas, la transmisión a través del conector y la discontinuidad del plano de alimentación pueden causar reflejos. Cuando la señal cambia a lo largo de la subida y bajada del nivel, se producirán sobretensiones y caídas. Generan instantáneamente burras por encima o por debajo de niveles estables que pueden dañar fácilmente el equipo. El anillo y la oscilación de la señal son causados por Inductancia y Capacitancia inadecuadas en la línea, respectivamente. Los anillos se pueden reducir mediante una terminación adecuada.

Cuando se produce una gran sobrecarga eléctrica en el circuito, puede causar un rebote en tierra. Si una gran corriente transitoria fluye a través del plano de potencia del CHIP y la placa de Circuito, la Inductancia parasitaria y la resistencia entre el paquete del CHIP y el plano de potencia causarán ruido de potencia. Crosstalk es un problem a de acoplamiento entre dos líneas de señal. La Inductancia mutua y la capacidad mutua entre las líneas de señal causan ruido en las líneas. El acoplamiento capacitivo conduce a la corriente de acoplamiento, mientras que el acoplamiento inductivo conduce al voltaje de acoplamiento. Los parámetros de la capa de PCB, la distancia entre las líneas de señal, las características eléctricas del conductor y del receptor, as í como el modo de conexión de la línea tienen cierta influencia en la conversación cruzada.

1.2 soluciones

Se necesitan algunas medidas para resolver los problemas comunes:

La capa de Potencia no tiene límites en la dirección de la corriente, y la línea de retorno puede seguir una ruta de impedancia cercana a la línea de señal. Esto puede conducir a un bucle de corriente, que será el enfoque del sistema de alta velocidad. Sin embargo, la capa de Potencia no elimina el desorden de la línea, no presta atención a la ruta de distribución de energía, todos los sistemas producirán ruido y causarán errores. Por lo tanto, se requiere un filtro especial a través del condensador de bypass. Normalmente, la Capacitancia de lshrimp a leop. F se encuentra en la entrada de energía de la placa de Circuito, y la Capacitancia es de 0.01p. Los centros F a u0.1 se encuentran entre la fuente de alimentación y los pines de tierra de cada dispositivo activo en el tablero. El condensador de derivación funciona como un filtro, donde el condensador grande (10af) se encuentra en la entrada de la fuente de alimentación, produciendo ruido de baja frecuencia (60Hz) fuera de la placa de Circuito, y el ruido producido por los dispositivos activos en la placa de circuito es un armónico de 100mhz o más. Los condensadores de bypass colocados entre cada chip son generalmente mucho más pequeños que los condensadores de bypass colocados en la entrada de energía en el tablero.

De acuerdo con la experiencia, si en el diseño se mezclan analógicos y digitales, los PCB se dividen en partes analógicas y digitales, los dispositivos analógicos se dividen en partes analógicas, los dispositivos digitales se dividen en partes digitales y los convertidores A / D transzonales. Las señales analógicas y digitales están cableadas en sus respectivas regiones para asegurar que la corriente de retorno de la señal digital no fluya al suelo de la señal analógica.

El bypass y el desacoplamiento impiden la transferencia de energía de un bucle a otro. Hay tres áreas de bucle a considerar: la capa de alimentación, la capa inferior, los componentes y las conexiones internas de alimentación. Ampliar el ancho del cable de alimentación y del cable de tierra en la medida de lo posible significa que el cable de tierra es más ancho que el cable de alimentación. La relación entre ellos es: tierra > línea de alimentación > línea de señal. Por lo general, la anchura de la línea de señal es o.2-o. 3 mm, la anchura de la delgada puede ser de 0,05 "- 0,07 mm, el cable de alimentación es de 1,2" - 2,5 N 'lrfl. Use una gran área de cobre como cable de tierra. Conecte los lugares no utilizados a la tierra en la placa de circuito impreso como cables de tierra. Alternativamente, se pueden hacer placas multicapas, una de las cuales se utiliza para la fuente de alimentación y la otra para el cable de tierra. Un condensador cerámico central de 0,01 está configurado para cada chip IC. Si el espacio de la placa de circuito impreso es pequeño y no se puede instalar, los condensadores electrolíticos de tantalio se pueden configurar de 1 a 10 por 4 - 10 hojas. La Impedancia de alta frecuencia del dispositivo es muy pequeña, la impedancia es menor que Lq y la corriente de fuga es muy pequeña (inferior a 0,5 Lia) en el rango de 500ki - IZ - 20mhz. El condensador de filtro de desacoplamiento debe instalarse cerca del circuito integrado para acortar el área de plomo del condensador y el circuito de corriente transitoria, especialmente el condensador de derivación de alta frecuencia.

Cuando el sistema funciona a 50 MHz, se producen problemas de efecto de línea de transmisión e integridad de la señal, y las medidas tradicionales pueden lograr resultados satisfactorios. Cuando el reloj del sistema alcanza los 120 MHz, el conocimiento del diseño del Circuito de alta velocidad debe ser considerado, de lo contrario el PCB basado en el método tradicional no funcionará correctamente. Por lo tanto, el diseño de circuitos de PCB de alta velocidad se ha convertido en una tecnología de diseño que los diseñadores de sistemas electrónicos deben dominar.

Tecnología de diseño de circuitos de señales de alta velocidad para PCB

2.1 cableado de señales de alta velocidad

El tablero multicapa es necesario para el cableado de señales de alta velocidad, y también es un medio eficaz para reducir la interferencia. Reducir el tamaño de la placa de circuito impreso, hacer pleno uso de la capa intermedia para establecer el blindaje, realizar una puesta a tierra estrecha, reducir eficazmente la Inductancia parasitaria, acortar la longitud de transmisión de la señal, reducir la interferencia cruzada entre las señales, etc., son beneficiosos para la fiabilidad del Circuito de alta velocidad. Los datos muestran que el nivel de ruido de los paneles de cuatro capas es 20 DB inferior al de los paneles de dos capas cuando se recogen los mismos materiales en el octavo simposio nacional sobre electrónica anti - radiación y pulso electromagnético. Cuanto menos se dobla el cable, mejor. Cuando se utiliza una línea completa, se requiere una transición. Las transiciones de línea o arco de 45 grados se pueden utilizar para reducir la transmisión externa y el acoplamiento de señales de alta velocidad, as í como la radiación y la reflexión de señales.

Cuanto más corto sea el plomo entre los pines de los dispositivos de circuito de alta velocidad, mejor. Cuanto más larga sea la longitud del plomo, mayor será la Inductancia distribuida y la Capacitancia, lo que dará lugar a la reflexión y oscilación en el sistema de circuitos de alta velocidad. Cuanto menos alternancia entre las capas de plomo entre los pines de los dispositivos de circuito de alta velocidad, mejor, es decir, menos agujeros se utilizan en la conexión de los componentes. Se estima que la Capacitancia distribuida de aproximadamente 0,5 PF puede ser generada por el orificio, lo que resulta en un aumento significativo del retardo del circuito. En el cableado de circuitos de alta velocidad, se debe prestar atención a la "interferencia cruzada" causada por la ruta casi paralela de la línea de señal. Si no se puede evitar la distribución paralela, se puede colocar una gran área de "tierra" en la parte posterior de las líneas de señal paralelas para reducir la interferencia. En dos capas adyacentes, las líneas deben orientarse perpendicularmente entre sí.

Implementar una carcasa de cable de tierra para líneas de señal especialmente importantes o dispositivos locales. Cuando se transmiten señales no interferibles, como señales de reloj, señales analógicas de alta velocidad, etc., se puede a ñadir una línea de base protegida a la periferia, y el cable de señal que se va a proteger se sujeta en el Medio. Las líneas de señal no pueden formar circuitos, y los cables de tierra no pueden formar circuitos de corriente. Si se produce un circuito de cableado de bucle, se producirá una gran cantidad de interferencia en el sistema. El cableado de cadena crisantemo es eficaz para evitar bucles de cableado. Uno o más condensadores de desacoplamiento de alta frecuencia se instalarán cerca de cada bloque IC. Cuando los cables analógicos y digitales de tierra están conectados a los cables comunes de tierra, se utilizan choques de alta frecuencia. Algunas líneas de señal de alta velocidad deben tratarse especialmente: las señales diferenciales deben estar en la misma capa, lo más cerca posible de las líneas paralelas, y no se permite la inserción de señales entre líneas de señal diferenciales, y deben ser de igual longitud.

El cableado de señales de alta velocidad debe evitar la formación de ramas o tocones en la medida de lo posible. La línea de señal de alta frecuencia es fácil de generar una gran radiación electromagnética cuando se camina sobre el terreno. La radiación se reducirá en gran medida mediante el cableado de líneas de señal de alta frecuencia entre la fuente de alimentación y los cables y la absorción de ondas electromagnéticas a través de la fuente de alimentación y la capa inferior.

2.2 cableado de señales de reloj de alta velocidad

El circuito de reloj desempeña un papel importante en el circuito digital. C64xdsp es un miembro de la Plataforma c6000 con alta velocidad de procesamiento. El reloj de alta velocidad de c64xdsp puede alcanzar 1,1 GHz, que es el doble de lo de c62xdsp temprano. Por lo tanto, en el futuro diseño de aplicaciones de sistemas electrónicos modernos basados en DSP, los requisitos de enrutamiento del reloj serán cada vez más altos. La línea de señal de reloj de alta velocidad es la primera, y la línea de señal de reloj principal del sistema debe ser la primera en el cableado. Las líneas de reloj de alta velocidad tienen una alta frecuencia, lo que requiere líneas lo más cortas posible para asegurar la distorsión de la señal.

Reloj de alta frecuencia, especialmente sensible a la interferencia acústica. Es necesario proteger y bloquear las líneas de reloj de alta frecuencia para reducir la interferencia.

Los relojes de alta frecuencia (más de 20 MHz, o más arriba a lo largo de menos de 5 ns) deben tener una escolta de tierra con un ancho de línea de al menos 10 raíles y un ancho de tierra de al menos 20 mils. La parte final del cable de tierra de protección de la línea de señal de alta frecuencia debe estar en buen contacto con la tierra a través del agujero y conectado a la tierra cada 5 em aproximadamente. La longitud de la escolta de la línea de tierra y la línea de datos es básicamente la misma, se recomienda tirar de la línea manualmente; El lado de transmisión del reloj debe estar conectado en serie con una resistencia de amortiguación de aproximadamente 22 - 220q. En la medida de lo posible, el cableado de la señal del reloj de alta velocidad está diseñado en la misma capa, y no hay otras fuentes de interferencia y cableado alrededor del cableado de la señal del reloj de alta velocidad. Para las conexiones de reloj de alta frecuencia, se recomiendan conexiones estelares o punto a punto. Las conexiones de tipo t deben garantizar la misma longitud del brazo, reducir al mínimo el exceso de ls y utilizar cobre bajo osciladores de cristal o chips de reloj para evitar interferencias. Evite el ruido de la señal causado por estas líneas.

En el enrutamiento de señales de alta velocidad y el enrutamiento de señales de reloj de alta velocidad, se requieren menos ll y menos ramas para reproducir durante el enrutamiento para evitar la reflexión y el cruce de tocones y señales. La influencia de los orificios y cortes cortos en PCB de alta velocidad no sólo se refleja en la influencia de la señal, sino también en la variación de la impedancia del conductor. Sin embargo, los diseñadores a menudo ignoran los efectos de los agujeros y pilas en la impedancia.

Para seleccionar el tamaño razonable del agujero. Por ejemplo, para un diseño de PCB de 4 a 10 capas, las opciones comunes son 10 mil / 20 mil (perforación / almohadilla) o 16 mil / 30 mil. Para algunos PCB pequeños con alta densidad, también se pueden utilizar agujeros de 8 mils / 18 mils. Considere el uso de tamaños más grandes para reducir la Impedancia de las líneas de alimentación o los canales de tierra. Coloque la fuente de alimentación y el pin de tierra cerca del agujero. Cuanto más corto sea el plomo entre el pin y el agujero, mejor. Al mismo tiempo, la fuente de alimentación y los pines de puesta a tierra deben ser lo más gruesos posible para reducir la impedancia.

Los chips a nivel de sistema de alta densidad están encapsulados en bga o cob, y el espaciamiento de los pines se reduce cada vez más. El espaciamiento de la bola es tan bajo como 0,6 mm y seguirá disminuyendo que las líneas de señal del encapsulador no pueden ser dibujadas usando herramientas de cableado convencionales. En el octavo simposio nacional sobre electrónica anti - radiación y pulso electromagnético (249), hay dos maneras de resolver este problema: (1) trazar líneas de señal desde abajo a través de agujeros debajo de la esfera; Los canales de plomo se encuentran en la matriz de rejilla esférica mediante el uso de cableado muy delgado y cableado de ángulo libre. Para estos dispositivos de alta densidad empaquetados bga o cob, el cableado de ancho y espacio muy pequeño es la única opción viable. Sólo de esta manera se puede garantizar un alto rendimiento y fiabilidad y satisfacer los requisitos de diseño de alta velocidad.

2.3 diseño de la almohadilla de embalaje bga

Con el desarrollo de la tecnología de empaquetado de dispositivos, el tamaño relativo del empaquetado de dispositivos es cada vez más pequeño. Los dispositivos de la serie tms320c6000 tienen hasta 352 Pines, ya que la distancia entre los pines bga es muy pequeña y los agujeros están cerca de los pines, lo que resulta en una mayor Inductancia. Esto también es perjudicial para las señales de alta velocidad, por lo que los agujeros más pequeños se utilizan cuando bga se dispersa. La relación entre el tamaño de la almohadilla bga y el espaciamiento de los pies bga existe, pero no puede ser mayor que el diámetro de la bola bga pin, generalmente alrededor de 1 / 10 ~ l / 5. Los agujeros al lado de las almohadillas bga y las almohadillas en las superficies de los componentes deben bloquearse y cubrirse con aceite verde. Para la soldadura bga, no habrá otros componentes en la 2era circundante.

Conclusión

El procesador de señales digitales es el procesamiento de señales. Con la popularidad de los dispositivos de alta frecuencia, la densidad de la placa de circuito impreso aumenta, la interferencia aumenta, la mejora de la calidad de la señal se ha convertido en la posición más importante del diseño. El diseño de PCB de DSP de alta velocidad es un proceso muy complejo. En el diseño de circuitos de alta velocidad, deben tenerse en cuenta varios factores correspondientes. Si los dispositivos de alta velocidad están dispuestos cerca unos de otros, el retraso puede reducirse, pero pueden producirse conversaciones cruzadas y efectos térmicos significativos. También es paradójico que las señales de alta velocidad se enriquezcan tanto como sea posible en el interior como con menos perforaciones. Por lo tanto, en el diseño, debemos considerar todos los factores favorables para hacer un diseño de circuito completo.

Sólo así podremos PCB de alta calidad Fuerte capacidad anti - interferencia, Se diseña un rendimiento estable y un alto rendimiento en tiempo real..