Conception électronique - Conception anti - interférence PCB haute vitesse basée sur DSP

Présentation

Avec l'adoption généralisée des DSP (processeurs de signal numériques), la conception de cartes PCB de traitement de signal à haute vitesse basées sur les DSP est particulièrement importante. Dans les systèmes DSP, les microprocesseurs DSP peuvent fonctionner à des fréquences allant jusqu'à plusieurs centaines de MHz. Ses lignes de Réinitialisation, de coupure et de commande, ses interrupteurs de circuits intégrés, ses circuits de conversion A / D de haute précision et ses circuits contenant de faibles signaux analogiques sont tous facilement perturbés; Par conséquent, pour concevoir et développer un système DSP stable et fiable, la conception anti - interférence est très importante.

1 Analyse de génération d'interférences du système DSP

Pour les systèmes DSP, les perturbations principales proviennent de plusieurs aspects:

1. Interférence de canal d'E / S. Par interférence entrant dans un système par des canaux avant et arrière, on entend par example une liaison d'acquisition de données d'un système DSP. Les interférences sont superposées au signal par l'intermédiaire de capteurs, augmentant les erreurs d'acquisition de données. Dans les liens de sortie, les interférences peuvent augmenter les erreurs de données de sortie et même créer des erreurs complètes, entraînant un plantage du système. Les dispositifs de couplage optique peuvent être raisonnablement utilisés pour réduire les interférences des canaux d'entrée et de sortie, et les interférences peuvent être isolées en utilisant des capteurs et des interférences du système maître DSP.

2. Perturbation du système électrique. Principale source d'interférence pour l'ensemble du système DSP. Alimentation tout en alimentant le système, ajoutez son bruit à l'alimentation. Lors de la conception du circuit de la puce d'alimentation, les lignes d'alimentation doivent être découplées.

3. Interférences de couplage radiatif spatial. Le couplage par rayonnement est communément appelé diaphonie. La diaphonie se produit dans le champ électromagnétique créé lorsque le courant circule à travers un fil et le champ électromagnétique induit un courant transitoire dans le fil adjacent, ce qui entraîne une distorsion du signal à proximité ou même une erreur. L'intensité de la diaphonie dépend des dimensions géométriques et de la distance de séparation du dispositif et du fil. Dans le câblage DSP, plus les lignes de signal sont espacées et plus elles sont proches de la ligne de terre, plus la diaphonie peut être réduite efficacement.

2 conception de PCB pour les causes d'interférence

Ce qui suit montre comment réduire les diverses interférences dans le processus de fabrication de PCB pour les systèmes DSP.

2.1 conception d'empilement de panneaux multicouches

Dans les circuits numériques DSP haute vitesse, pour améliorer la qualité du signal, réduire la difficulté de câblage et augmenter la CEM du système, une conception multicouche est généralement adoptée. La conception empilée peut fournir le chemin de retour le plus court, réduire la surface de couplage et supprimer les interférences de mode différentiel. Dans la conception de l'empilement, la distribution de la couche de puissance dédiée et de la couche de terre et le couplage étroit de la couche de terre et de la couche de puissance favorisent la suppression des interférences de mode commun (utilisation de plans adjacents pour réduire l'impédance alternative du plan de puissance). Le schéma de conception d'empilement est illustré par l'exemple d'un panneau à quatre couches.

L'adoption de cette structure de conception de PCB à 4 couches présente de nombreux avantages. Il y a une couche d'alimentation sous le niveau supérieur où les broches d'alimentation des composants peuvent être connectées directement à l'alimentation sans passer par le plan de masse. Les signaux critiques sont choisis sur la couche inférieure (sous - couche), de sorte que l'espace de câblage des signaux importants est plus grand et que les dispositifs sont placés sur la même couche autant que possible.

2.2 conception de la disposition

Pour obtenir les meilleures performances de votre système DSP, la disposition des composants est très importante. Placez d'abord les dispositifs DSP, flash, SRAM et CPLD, réfléchissez bien à l'espace de câblage, puis Placez les autres circuits intégrés selon le principe de l'indépendance fonctionnelle, et enfin considérez le placement des ports d'E / S. En combinaison avec la disposition ci - dessus, considérez la taille du PCB: si la taille est trop grande, la ligne imprimée sera trop longue, l'impédance augmentera, la résistance au bruit diminuera, le coût de la carte augmentera; Si le PCB est trop petit, la dissipation de chaleur n'est pas bonne, l'espace est limité et les lignes adjacentes sont facilement perturbées. Par conséquent, l'équipement doit être choisi en fonction des besoins réels, en combinaison avec l'espace de câblage, en calculant grossièrement les dimensions du PCB. Lors de la disposition d'un système DSP, une attention particulière doit être accordée au placement des équipements suivants.

(1) disposition du signal à grande vitesse

Dans l'ensemble du système DSP, les principales lignes de signaux numériques à haut débit sont situées entre le DSP et Flash, ainsi que SRAM, de sorte que la distance entre les appareils doit être aussi proche que possible, et leurs connexions doivent être aussi courtes et directes que possible. Par conséquent, pour réduire l'impact de la ligne de transmission sur la qualité du signal, les traces de signal à grande vitesse doivent être aussi courtes que possible. En outre, étant donné que de nombreuses puces DSP avec des vitesses allant jusqu'à plusieurs centaines de MHz nécessitent un enroulement serpentin (Accord différé). Cela sera souligné dans le câblage ci - dessous.

(2) disposition de l'équipement de mode numérique

La plupart des systèmes DSP n'ont pas de circuit fonctionnel unique et utilisent beaucoup de dispositifs numériques cm0s et de dispositifs hybrides numérique - analogique, de sorte que la disposition numérique - analogique doit être séparée. Le dispositif de signalisation analogique est le plus centralisé possible, de sorte qu'il est possible de tracer analogiquement, au milieu de toute la masse numérique, des zones indépendantes appartenant au signal analogique, afin d'éviter toute perturbation du signal analogique par le signal numérique. Certains dispositifs de mélange numérique - analogique, tels que les convertisseurs D / a, traditionnellement considérés comme analogiques, sont placés sur le sol analogique et fournissent une boucle numérique pour permettre la rétroaction du bruit numérique sur la source du signal, réduisant ainsi l'impact du bruit numérique sur le sol analogique.

(3) disposition de l'horloge

Pour l'horloge, la sélection de puces et les signaux de bus, restez aussi loin que possible des lignes d'E / s et des connecteurs. L'entrée d'horloge du système DSP est très sensible aux interférences et son traitement est critique. Assurez - vous toujours que le générateur d'horloge est aussi proche que possible de la puce DSP et que le fil d'horloge est aussi court que possible. Le boîtier de l'oscillateur à cristal d'horloge est de préférence relié à la masse.

(4) Disposition découplée

Afin de réduire le dépassement instantané de la tension sur l'alimentation de la puce de circuit intégré, un condensateur de découplage a été ajouté à la puce de circuit intégré, ce qui permet d'éliminer efficacement l'effet des bavures sur l'alimentation et de réduire la réflexion de la boucle d'alimentation sur le PCB. L'ajout d'un condensateur de découplage peut contourner le bruit haute fréquence du dispositif à circuit intégré ou servir de condensateur de stockage d'énergie fournissant et absorbant la charge et la décharge instantanées de l'énergie de commutation de la porte du circuit intégré.

Dans un système DSP, des condensateurs de découplage tels que DSP, SRAM, flash, etc. sont placés pour chaque circuit intégré et ajoutés entre chaque source d'alimentation de la puce et la masse, avec un soin particulier pour que les condensateurs de découplage soient aussi proches que possible des bornes d'alimentation (source) et des broches des Composants IC. Assurez la pureté du courant provenant des bornes d'alimentation (Power borne) et des circuits intégrés et réduisez le plus possible le trajet du bruit.

(5) disposition de puissance

Lors du développement d'un système DSP, l'alimentation doit être soigneusement considérée. Étant donné que certaines puces d'alimentation produisent beaucoup de chaleur, elles doivent être placées dans un endroit propice à la dissipation de chaleur et à une certaine distance des autres composants de PCB. Vous pouvez utiliser un radiateur ou poser des ailettes de refroidissement en cuivre sous l'appareil. Veillez à ne pas placer le composant générateur de chaleur dans la couche inférieure de la carte de développement.