Conception électronique - Conception de carte PCB haute vitesse basée sur Protel

PCB en ligne:

Certains principes de mise en page et de câblage à prendre en compte lors de la mise en œuvre de la conception de circuits imprimés à grande vitesse à l'aide du logiciel de conception Protel sont discutés et certaines techniques de mise en page et de câblage de circuits à grande vitesse pratiques et éprouvées sont fournies pour améliorer la fiabilité de la conception de circuits imprimés à grande vitesse. Les résultats montrent que la conception réduit le cycle de développement du produit et améliore la compétitivité du marché.

1 Questions posées

Avec l'augmentation massive de la complexité de la conception et de l'intégration des systèmes électroniques, les vitesses d'horloge et les temps de montée des dispositifs de plus en plus rapides, la conception de circuits à grande vitesse est devenue une partie importante du processus de conception. Dans la conception de circuits à grande vitesse, l'inductance et la capacité sur la carte rendent le fil équivalent à une ligne de transmission. Une disposition incorrecte des composants terminaux ou un câblage incorrect des signaux à grande vitesse peut entraîner des problèmes d'effet de ligne de transmission, ce qui entraîne la sortie de données incorrectes par le système et un circuit qui ne fonctionne pas correctement, voire pas du tout. Basé sur le modèle de ligne de transmission, en résumé, la ligne de transmission peut apporter des effets néfastes tels que la réflexion du signal, la diaphonie, les interférences électromagnétiques, l'alimentation et le bruit de terre à la conception du circuit.

Afin de concevoir une carte de circuit imprimé à haute vitesse qui peut fonctionner de manière fiable, il est nécessaire de réfléchir suffisamment et soigneusement à la conception, de résoudre certains problèmes peu fiables qui peuvent survenir lors de la mise en page, de raccourcir le cycle de développement du produit et d'améliorer la compétitivité du marché.

2 conception de la disposition du système haute fréquence

La mise en page est un lien important dans la conception de circuits imprimés, et le résultat de la mise en page aura un impact direct sur l'effet du câblage et la fiabilité du système, ce qui est le plus long et le plus difficile de toute la conception d'une carte de circuit imprimé. L'environnement complexe des PCB haute fréquence rend difficile la conception de la disposition des systèmes haute fréquence en utilisant les connaissances théoriques acquises. Cela nécessite que le personnel de mise en page ait une vaste expérience dans la fabrication de PCB à grande vitesse afin de ne pas prendre de virages dans le processus de conception. Améliorer la fiabilité et l'efficacité du fonctionnement du circuit. Lors de la mise en page, la structure mécanique, la dissipation de chaleur, les interférences électromagnétiques, la commodité et l'esthétique du câblage futur doivent être prises en compte de manière intégrée.

Tout d'abord, avant la mise en page, divisez l'ensemble du circuit en plusieurs fonctions. Le circuit haute fréquence est séparé du circuit basse fréquence et le circuit analogique est séparé du circuit numérique. Chaque circuit fonctionnel est placé le plus près possible du Centre de la puce. Évitez les retards de transmission causés par des lignes trop longues et améliorez l'effet de découplage des condensateurs. En outre, Notez la position relative et l'orientation entre les broches et les éléments de circuit et d'autres tubes pour réduire l'influence mutuelle entre eux. Tous les composants haute fréquence doivent être éloignés du châssis et des autres plaques métalliques afin de réduire les couplages parasites.

Deuxièmement, lors de la mise en page du PCB, il convient de prêter attention aux effets thermiques et électromagnétiques entre les éléments. Ces effets sont particulièrement graves pour les systèmes à haute fréquence et des mesures telles que la distance ou l'isolation, la dissipation de chaleur et le blindage doivent être prises. Les tubes redresseurs et régulateurs de forte puissance doivent être équipés de radiateurs et éloignés du transformateur. Les composants résistants à la chaleur tels que les condensateurs électrolytiques doivent être éloignés des composants générateurs de chaleur, sinon l'électrolyte Va sécher, entraînant une augmentation de la résistance, de mauvaises performances et affectant la stabilité du circuit.

Enfin, tout en garantissant la qualité inhérente et la fiabilité, prenez en compte l'esthétique générale et effectuez une planification rationnelle de la carte. L'ensemble doit être parallèle ou perpendiculaire à la surface de la plaque et parallèle ou perpendiculaire au bord de la plaque principale. La distribution des composants sur la surface de la plaque doit être aussi uniforme que possible et la densité doit être cohérente. De cette façon, il est non seulement beau, mais aussi facile à assembler et à souder, mais aussi facile à produire en masse.

3 câblage du système haute fréquence

Dans les circuits haute fréquence, les paramètres de distribution de la résistance, de la capacité, de l'inductance et de l'inductance mutuelle des fils de connexion ne sont pas négligeables. Du point de vue de l'antibrouillage, le câblage raisonnable est de minimiser la résistance de ligne, la capacité de distribution et l'inductance parasite dans le circuit, Le champ magnétique parasite qui en résulte est réduit au minimum, ce qui supprime la capacité distribuée, le flux de fuite, l'inductance mutuelle électromagnétique et d'autres perturbations causées par le bruit.

Voici quelques - unes des fonctionnalités spéciales que l'outil Protel99 se peut offrir.

(1) les broches entre les broches des circuits haute fréquence doivent être aussi peu pliées que possible. Il est préférable d'utiliser une ligne droite complète. Lorsque la flexion est nécessaire, des lignes de pliage à 45° ou des arcs de cercle peuvent être utilisés pour réduire les émissions externes et les interférences mutuelles des signaux haute fréquence. Couplage entre. Lorsque vous utilisez le câblage Protel, vous pouvez choisir 45 degrés ou arrondi dans le menu conception, règles, dans l'angle de câblage. Vous pouvez également utiliser Shift + espace pour basculer rapidement entre les lignes.

(2) plus le fil entre les broches du dispositif de circuit à haute fréquence est court, mieux c'est.

Le moyen le plus efficace pour Protel 99 de répondre au câblage le plus court est de réserver un câblage pour un seul réseau haute vitesse critique avant le câblage automatique. Sélectionnez le plus court dans la topologie de routage dans le menu règles de conception.

(3) La modification de la couche de fil entre les broches du dispositif de circuit à haute fréquence est aussi faible que possible. C'est - à - dire, moins il y a de porosités utilisées lors de la connexion des éléments, mieux c'est.

(4) pour le câblage de circuit à haute fréquence, faites attention à la "perturbation croisée", c'est - à - dire à la diaphonie, introduite par le câblage parallèle de la ligne de signal. S'il n'est pas possible d'éviter une distribution parallèle, il est possible de disposer une grande surface de "masse" en regard des lignes de signaux parallèles.

4 conception du cordon d'alimentation et du fil de terre

Pour résoudre le bruit d'alimentation introduit par le circuit haute fréquence et la chute de tension induite par l'impédance de la ligne, il est nécessaire de tenir pleinement compte de la fiabilité du système d'alimentation dans le circuit haute fréquence. Il existe généralement deux solutions: l'une consiste à utiliser la technologie du bus d'alimentation pour le câblage; L'autre consiste à utiliser une couche d'alimentation séparée. En revanche, le procédé de fabrication de ce dernier est plus complexe et plus coûteux. Il est ainsi possible d'utiliser une technologie de bus d'alimentation de type réseau pour le câblage, de sorte que chaque composant appartient à une boucle différente et que le courant sur chaque bus du réseau tend à s'équilibrer, réduisant la chute de tension induite par l'impédance de la ligne.

5 autres technologies de conception de circuits à grande vitesse

Par diaphonie, on entend une perturbation parasite du bruit de tension due au couplage électromagnétique à une ligne de transmission adjacente lorsqu'un signal se propage sur une ligne de transmission. Le couplage est divisé en couplage capacitif et couplage inductif. Trop de diaphonie peut entraîner un mauvais déclenchement du circuit et empêcher le système de fonctionner correctement. Selon certaines caractéristiques de la diaphonie, on peut résumer plusieurs façons principales de réduire la diaphonie:

(1) augmenter l'espacement des lignes, réduire les longueurs parallèles et, si nécessaire, utiliser la méthode de pointage pour le câblage.

(2) Lorsque la ligne de signal à grande vitesse remplit les conditions, l'augmentation de l'adaptation de terminaison peut réduire ou éliminer la réflexion, réduisant ainsi la diaphonie.

(3) pour les lignes de transmission microruban et les lignes de transmission ruban, limiter la hauteur des traces à la portée du plan de masse peut réduire considérablement la diaphonie.

L'utilisation de lignes différentielles pour la transmission de signaux numériques est une mesure efficace pour contrôler les facteurs qui perturbent l'intégrité du signal dans les circuits numériques à grande vitesse. Les lignes différentielles sur une carte de circuit imprimé sont équivalentes à des paires de lignes de transmission intégrées micro - ondes différentielles fonctionnant en mode quasi - tem. Où la ligne différentielle en haut ou en bas du PCB est équivalente à une ligne microruban couplée, située dans la couche interne du PCB multicouche. La ligne différentielle est équivalente à une ligne ruban couplée à large bord.