Conception électronique - Guide de conception de carte PCB à signaux mixtes

Pour les conceptions modernes de cartes de circuits imprimés, le concept de circuits imprimés à signaux mixtes est relativement vague, car il existe encore des circuits analogiques et des effets analogiques, même dans les dispositifs purement « numériques». Par conséquent, à un stade précoce de la conception, il est essentiel de simuler les effets de simulation afin d'obtenir de manière fiable une allocation de temps rigoureuse.

Une autre difficulté de la conception moderne de circuits imprimés à signaux mixtes est qu'il existe de plus en plus de dispositifs logiques numériques différents tels que GTL, LVTTL, LVCMOS et LVDS logic. Les seuils logiques et les oscillations de tension de chaque Circuit logique sont différents, mais les circuits pour lesquels ces différents seuils logiques ont des oscillations de tension doivent être conçus ensemble sur le PCB. Ici, les stratégies et techniques réussies peuvent être maîtrisées grâce à une analyse approfondie de la mise en page et du câblage des circuits imprimés haute densité, haute performance et à signaux mixtes.

Bases du câblage de circuits à signaux mixtes

Lorsque les circuits numériques et analogiques partagent les mêmes composants sur la même carte, la disposition et le câblage des circuits doivent être méthodiques. La matrice représentée sur la figure 1 facilite la conception et la planification des PCB à signaux mixtes. Ce n'est qu'en révélant les caractéristiques des circuits numériques et analogiques que les objectifs de conception de PCB requis peuvent être atteints dans la mise en page et le câblage réels.

Dans la conception de PCB à signal mixte, il existe des exigences particulières pour le câblage d'alimentation, qui exigent que le bruit analogique et le bruit de circuit numérique soient isolés les uns des autres pour éviter le couplage de bruit. Par conséquent, la complexité de la disposition et du câblage augmente. Les exigences particulières pour les lignes de transmission et l'isolation du couplage de bruit entre les circuits analogiques et numériques augmentent encore la complexité de l'agencement et du câblage des PCB à signaux mixtes.

Mise en page et câblage de PCB à signaux mixtes modernes

La mise en page et les techniques de câblage des circuits imprimés à signaux mixtes seront illustrées ci - dessous par la conception de la carte d'interface oc48. Oc48 est l'abréviation de optical carrier standard 48, qui communique essentiellement vers une optique série de 2,5 GB. C'est l'une des normes de communication optique haute capacité dans les appareils de communication modernes. La carte d'interface oc48 contient plusieurs problèmes typiques de configuration et de câblage de PCB à signaux mixtes. Le processus de mise en page et de câblage spécifie l'ordre et les étapes pour résoudre le schéma de mise en page PCB à signaux mixtes.

La carte oc48 contient un émetteur - récepteur optique qui permet une conversion bidirectionnelle des signaux optiques et des signaux électriques analogiques. Un processeur de signaux numériques d'entrée ou de sortie de signaux analogiques, le DSP convertissant ces signaux analogiques en niveaux logiques numériques, peut être connecté à un microprocesseur, à un réseau de portes programmables, à un DSP et à un circuit d'interface de système à microprocesseur sur une carte oc48. Une boucle à verrouillage de phase indépendante, un filtre de puissance et une source de tension de référence locale sont également intégrés.

Parmi eux, le microprocesseur est un périphérique Multi - alimentation, l'alimentation principale est de 2 V et l'alimentation du signal d'E / s 3,3 V est partagée par d'autres périphériques numériques sur la carte. Une source d'horloge numérique indépendante fournit une horloge pour les E / S oc48, le microprocesseur et les E / s système.

Disposition de la carte oc48

Le signal analogique à grande vitesse entre l'émetteur - récepteur optique et le DSP est très sensible aux bruits externes. De même, tous les circuits spéciaux d'alimentation et de tension de référence conduisent également à un grand nombre de couplages entre les circuits analogiques et numériques de transmission de puissance de la carte. Parfois, limités par la forme du châssis, des plaques à haute densité doivent être conçues. La position de l'émetteur - récepteur dans la carte est en grande partie fixe en raison de la position élevée de la carte d'accès au câble optique externe et des dimensions relativement élevées des composants de l'émetteur - récepteur optique. La position et la distribution du signal des connecteurs d'E / s du système sont également fixes. C'est le travail de base qui doit être fait avant la mise en page.

Comme la plupart des schémas de câblage et de mise en page analogiques à haute densité réussis, la mise en page doit répondre aux exigences de câblage et les exigences de mise en page et de câblage doivent être équilibrées. Pour la partie analogique du circuit imprimé à signaux mixtes et pour les cœurs CPU locaux avec une tension de fonctionnement de 2 V, la méthode de « disposition avant câblage» n'est pas recommandée. Pour les cartes oc48, le câblage interactif de la partie du circuit analogique DSP comprenant une tension de référence analogique et un condensateur analogique de dérivation d'alimentation doit d'abord être effectué. Une fois le câblage terminé, l'ensemble du DSP avec les composants analogiques et le câblage doit être placé suffisamment près de l'émetteur - récepteur optique pour garantir de manière adéquate que la longueur de câblage, les courbures et les trous de passage du signal différentiel analogique à grande vitesse au DSP sont les plus courts. La symétrie de la disposition différentielle et du câblage réduira l'impact du bruit de mode commun. Cependant, il est difficile de prévoir le meilleur schéma pour la disposition avant le câblage.

Consultez votre distributeur de puces pour un guide de conception sur la mise en page de PCB. Il est nécessaire de communiquer pleinement avec les ingénieurs d'application du distributeur avant de procéder à la conception conformément aux directives. De nombreux distributeurs de puces ont des contraintes de temps strictes pour fournir des conseils de mise en page de haute qualité. Parfois, les solutions qu’ils proposent sont réalisables pour les « clients de niveau 1 » qui utilisent l’appareil. Dans le domaine de la conception de l'intégrité du signal (si), la conception de l'intégrité du signal pour les nouveaux dispositifs est particulièrement importante. Selon les directives de base du distributeur et en combinaison avec les exigences spécifiques de chaque broche d'alimentation et de mise à la terre dans le package, vous pouvez commencer à configurer et à câbler les cartes oc48 avec DSP et microprocesseur intégrés.

Après avoir déterminé la position et le câblage de la partie analogique haute fréquence, les circuits numériques restants peuvent être placés selon la méthode de regroupement illustrée sur le schéma bloc. Prenez soin de concevoir soigneusement les circuits suivants: emplacement du circuit de filtre de puissance PLL dans un CPU avec une sensibilité élevée aux signaux analogiques; Régulateur de tension de coeur de CPU local; Circuit de tension de référence d'un microprocesseur "numérique".

À ce stade, les directives électriques et de fabrication pour le câblage numérique peuvent être correctement appliquées à la conception. La conception de l'intégrité du signal du bus numérique à haut débit et du signal d'horloge décrite ci - dessus révèle certaines exigences particulières de topologie de câblage pour l'adaptation de la temporisation du bus processeur, de l'équilibrage ts et du câblage de certains signaux d'horloge. Mais vous ne savez peut - être pas que certaines personnes ont également proposé une mise à jour qui consiste à augmenter le nombre de résistances terminales.

Il est naturel de faire quelques ajustements pendant la phase de mise en page lors de la résolution du problème. Cependant, une étape très importante avant de commencer le câblage est de vérifier le calendrier des pièces numériques en fonction du plan de mise en page. À ce stade, un examen complet de la disposition DFM / DFT de la carte aidera à s'assurer que la carte répond aux besoins du client.

Câblage numérique pour cartes oc48

Pour le cordon d'alimentation de l'équipement numérique et la partie numérique du signal hybride DSP, le câblage numérique doit commencer en mode d'échappement SMD. Utilisez les lignes d'impression les plus courtes et les plus larges autorisées par le processus d'assemblage. Pour les appareils à haute fréquence, la ligne imprimée de l'alimentation est équivalente à une petite inductance, ce qui aggraverait le bruit d'alimentation et entraînerait un couplage indésirable entre le circuit analogique et le circuit numérique. Plus la trajectoire de puissance est longue, plus l'inductance est grande.

La disposition optimale et le schéma de câblage peuvent être obtenus en utilisant des condensateurs de dérivation numérique. En bref, la position du condensateur de dérivation est ajustée au besoin, ce qui facilite son installation et sa distribution autour des composants numériques et des composants à signaux mixtes. Le câblage du condensateur de dérivation est effectué à l'aide de la même méthode « trajectoire la plus courte et la plus large ».

Résumé

Une fois la carte de disposition de carte oc48 terminée, la vérification de l'intégrité du signal et la simulation de synchronisation sont nécessaires. La simulation a démontré que le guidage du câblage répond aux exigences attendues, améliorant les indicateurs temporels des bus de deuxième couche. Enfin, l'inspection des règles de conception, l'examen final de la fabrication, le photomasque et l'examen sont effectués et délivrés au fabricant d'usine de carte de circuit imprimé PCB, puis la tâche de mise en page de la carte est officiellement terminée.