Conception électronique - Quelles sont les précautions pour la conception de PCB haute vitesse

(1) Détermination du signal à grande vitesse

La latence par unité de pouce sur un PCB est de 0167ns. Cependant, la latence augmente si de nombreux trous, de nombreuses broches de périphérique et de nombreuses contraintes sont définis sur le câble réseau. Typiquement, le temps de montée du signal d'un dispositif logique à grande vitesse est d'environ 0,2 ns. La longueur maximale de câblage est de 7,62 mm s'il y a une puce GaAs sur la carte.

Soit tr le temps de montée du signal et TPD le retard de propagation de la ligne de signal. Si trâ ¥ 4tpd, le signal est dans une zone sécurisée. Si 2tpdâ ¥ trâ ¥ 4tpd, le signal tombe dans la zone d'incertitude. Si trâ2tpd, le signal appartient à la zone à problème. Pour les signaux qui tombent dans des zones incertaines et problématiques, une méthode de câblage à grande vitesse doit être utilisée.

(2) effet de ligne de transmission

Sur la base du modèle de ligne de transmission défini ci - dessus, en résumé, la ligne de transmission aura les effets suivants sur la conception globale du circuit.

2.1 signaux réfléchis

Si la trace ne se termine pas correctement (adaptation des bornes), les impulsions de signal provenant de l'extrémité motrice sont réfléchies à la réception, ce qui entraîne des effets inattendus et déforme le profil du signal. Lorsque la distorsion est très grave, elle peut entraîner diverses erreurs et entraîner l'échec de la conception. Dans le même temps, la sensibilité du signal déformé au bruit augmente, ce qui peut également entraîner un échec de conception. Si ce qui précède n'est pas suffisamment pris en compte, l'EMI augmentera considérablement, ce qui affectera non seulement les résultats de sa propre conception, mais entraînera également des défaillances dans l'ensemble du système. Les principales causes du signal réfléchi sont: la trajectoire est trop longue; Une ligne de transmission qui ne se termine pas par une adaptation, une capacité ou une inductance trop importante et une désadaptation d'impédance.

2.2 retards et erreurs de timing

Le retard du signal et l'erreur de temporisation se manifestent par: le signal ne saute pas pendant un certain temps lorsqu'il varie entre un seuil haut et un seuil bas du niveau logique. Un retard excessif du signal peut entraîner des erreurs de synchronisation et des fonctions confuses de l'appareil. Des problèmes surviennent généralement lorsque plusieurs récepteurs sont présents. Les concepteurs de circuits doivent déterminer le retard dans le pire des cas pour s'assurer que la conception est correcte. Causes du retard du signal: le conducteur est surchargé, le câblage est trop long.

2.3 plusieurs fois dépassé le seuil de niveau logique erreur

Au cours de la conversion, le signal peut franchir plusieurs fois le seuil de niveau logique, ce qui entraîne ce type d'erreur. L'erreur de franchissement multiple d'un seuil de niveau logique est une forme particulière d'oscillation du signal, c'est - à - dire que l'oscillation du signal se produit au voisinage du seuil de niveau logique et que le franchissement multiple d'un niveau logique entraîne une perturbation du fonctionnement logique. Causes des signaux réfléchis: traces longues, lignes de transmission non terminées, capacité ou inductance trop importante et désadaptation d'impédance.

2.4 overtune et sous - tonalité

Les dépassements et les descentes proviennent de deux raisons: la trajectoire est trop longue ou le signal change trop rapidement. Bien que la plupart des extrémités de réception des éléments soient protégées par des diodes de protection d'entrée, il arrive parfois que ces niveaux de dépassement dépassent largement la plage de tension d'alimentation des éléments et endommagent les éléments.

(3) Moyens d'éviter l'influence des lignes de transmission

Compte tenu de l'impact des problèmes de lignes de transmission mentionnés ci - dessus, parlons des moyens de contrôler ces effets dans les points suivants.

3.1 contrôle strict de la longueur des câbles réseau critiques

S'il existe des bords de transition à haute vitesse dans la conception, la question de l'impact de la ligne de transmission sur le PCB doit être prise en compte. Les puces de circuits intégrés rapides à très haute fréquence d'horloge couramment utilisées à l'heure actuelle présentent un tel problème. Il existe quelques principes de base qui peuvent résoudre ce problème: Si vous utilisez un circuit CMOS ou TTL pour la conception et que la fréquence de fonctionnement est inférieure à 10 MHz, la longueur de câblage ne doit pas dépasser 7 pouces. À une fréquence de 50 MHz, la longueur de câblage ne doit pas dépasser 1,5 pouce. Si la fréquence de fonctionnement atteint ou dépasse 75 MHz, la longueur de câblage doit être de 1 pouce. La longueur de câblage maximale de la puce GaAs doit être de 0,3 pouce. Si cette norme est dépassée, un problème de ligne de transmission se pose.

3.2 planification rationnelle de la topologie de câblage

Une autre façon de résoudre l'effet de ligne de transmission est de choisir le bon chemin de câblage et la topologie de terminal. La topologie du câblage fait référence à l'ordre de câblage et à la structure de câblage des câbles réseau. Lors de l'utilisation d'un dispositif logique à grande vitesse, à moins que la longueur de la branche de trace ne reste courte, le signal à bords à variation rapide sera déformé par la trace de branche sur la piste de tronc de signal. Dans des circonstances normales, le câblage PCB utilise deux topologies de base, à savoir le câblage en chrysanthème et la distribution en étoile.

Pour le câblage en chrysanthème, le câblage commence à l'extrémité d'entraînement et arrive successivement à chaque extrémité de réception. Si vous utilisez une résistance série pour modifier les caractéristiques du signal, la résistance série doit être placée près de l'extrémité de conduite. Le câblage en chaînette chrysanthème a le meilleur effet en termes d'interférences harmoniques supérieures pour le câblage de contrôle. Cependant, cette méthode de câblage a le taux de distribution le plus bas et n'est pas facilement distribuée à 100%. Dans la conception réelle, nous rendons la longueur de la branche dans le câblage en chrysanthème aussi courte que possible. La valeur de la longueur de sécurité doit être: Stub Delay < = TRT * 0,1.

La topologie en étoile peut efficacement éviter les problèmes asynchrones avec les signaux d'horloge, mais il est très difficile de terminer le câblage manuellement sur une carte PCB haute densité. L'utilisation d'un routeur automatique est le meilleur moyen de terminer le câblage en étoile. Une résistance terminale est nécessaire sur chaque branche. La résistance de la résistance terminale doit correspondre à l'impédance caractéristique de la connexion. Cela peut être calculé manuellement ou via un outil de Cao pour les valeurs d'impédance caractéristique et les valeurs de résistance d'adaptation aux bornes.

La mise en série de bornes d'adaptation de résistance ne crée pas de consommation d'énergie supplémentaire, mais ralentit la transmission du signal. Cette méthode est utilisée dans les circuits de pilotage de bus où la temporisation a peu d'effet. L'avantage d'avoir des bornes d'adaptation de résistance en série est qu'il est possible de réduire le nombre d'appareils embarqués et la densité de câblage.

La dernière méthode consiste à séparer les terminaux correspondants. De cette manière, la pièce correspondante doit être placée à proximité de l'extrémité de réception. L'avantage est qu'il ne dégrade pas le signal et évite bien le bruit. Il est généralement utilisé pour les signaux d'entrée TTL (Act, hct, FAST).

En outre, le type de boîtier et le type de montage de la résistance d'adaptation de borne doivent également être pris en compte. En général, les résistances montées en surface SMD ont une inductance plus faible que les éléments traversants, de sorte que les éléments encapsulés SMD deviennent préférés. Si vous choisissez une résistance en ligne normale, il existe également deux options de montage: verticale et horizontale.

En mode de montage vertical, l'une des broches de montage de la résistance est très courte, ce qui peut réduire la résistance thermique entre la résistance et la carte, ce qui facilite la dissipation de la chaleur de la résistance dans l'air. Cependant, un montage vertical plus long augmente l'inductance de la résistance. L'installation horizontale a une inductance inférieure en raison de l'installation inférieure. Cependant, la résistance à la surchauffe peut dériver. Dans le pire des cas, la résistance deviendra un circuit ouvert, ce qui entraînera l'échec de l'appariement du terminal de trace PCB et deviendra un facteur de défaillance potentiel.

3.3 méthodes de suppression des perturbations électromagnétiques

Une bonne solution au problème de l'intégrité du signal améliorera la compatibilité électromagnétique (CEM) de la carte PCB. Un des points très importants est de s'assurer que la carte PCB a une bonne mise à la terre. Pour les conceptions complexes, l'utilisation d'une couche de signal avec une couche de terre est très efficace. En outre, minimiser la densité du signal dans la couche la plus externe de la carte est également un bon moyen de réduire le rayonnement électromagnétique. Cette approche peut être mise en œuvre en « construisant » la conception et la fabrication de PCB en utilisant la technologie de « couche de surface ». Les couches de surface sont réalisées en ajoutant une combinaison de couches isolantes minces et de micropores pour pénétrer dans ces couches sur un PCB de procédé commun. La résistance et la capacité peuvent être enterrées sous la couche superficielle et la densité des traces par unité de surface doublera presque. Réduire la taille du PCB. La réduction de la surface du PCB a un impact énorme sur la topologie des traces, ce qui implique une diminution des boucles de courant, une diminution de la longueur des traces de dérivation et un rayonnement électromagnétique approximativement proportionnel à la surface des boucles de courant; Dans le même temps, les caractéristiques de la petite taille signifient que le dispositif peut être encapsulé en utilisant une densité élevée de broches, ce qui réduit la longueur du fil, ce qui réduit les boucles de courant et améliore les caractéristiques de compatibilité électromagnétique.

En résumé, ce qui précède est la conception de la carte de circuit à grande vitesse.