Conception électronique - Analyse de la conception de fiabilité des cartes PCB dans les systèmes DSP

Avec l'utilisation d'équipements à haute vitesse, il y aura de plus en plus de conceptions de systèmes DSP (traitement numérique du signal) à haute vitesse, et les problèmes de traitement du signal dans les systèmes d'application DSP à haute vitesse sont devenus un problème de conception important. Dans cette conception, caractérisée par une augmentation constante du débit de données du système, de la cadence d'horloge et de la densité des circuits, la conception de sa carte PCB présente des caractéristiques comportementales totalement différentes de celles d'une conception à faible vitesse, à savoir l'apparition de problèmes d'intégrité du signal et de problèmes d'interférences aggravés, Problèmes de compatibilité électromagnétique, etc.

Ces problèmes peuvent causer ou directement causer des distorsions de signal, des erreurs de synchronisation, des données incorrectes, des adresses et des lignes de contrôle, des erreurs système et même des plantages du système. Si ces problèmes ne sont pas résolus, cela affectera gravement les performances du système et entraînera des pertes incalculables. La solution à ces problèmes dépend principalement de la conception du circuit. Par conséquent, la qualité de la conception de la carte PCB est très importante. C'est le seul moyen de traduire les idées de conception optimisées en réalité. Ce qui suit traite de plusieurs questions à prendre en compte dans la conception de la fiabilité des cartes PCB dans les systèmes DSP haute vitesse.

1. Conception de puissance

La conception de la carte PCB du système DSP haute vitesse nécessite d'abord de prendre en compte la question de la conception de l'alimentation. Dans la conception de l'alimentation, les méthodes suivantes sont généralement utilisées pour résoudre les problèmes d'intégrité du signal.

1. Considérez le découplage de la puissance et de la terre

Que la carte dispose ou non d'une couche de terre et d'une couche d'alimentation dédiées, il est essentiel d'ajouter un certain condensateur raisonnablement réparti entre l'alimentation et la terre. Pour économiser de l'espace et réduire le nombre de Vias, il est recommandé d'utiliser plus de condensateurs à plaques. Le condensateur patch peut être placé à l'arrière de la carte PCB, c'est - à - dire sur la surface de soudage.

Le condensateur de la puce est connecté au via avec un fil large et est connecté à l'alimentation et à la masse via le via.

2. Considérez les règles de câblage pour la distribution électrique

Couche d'alimentation analogique et numérique indépendante

Les éléments analogiques haute vitesse et haute précision sont très sensibles aux signaux numériques. Par example, un amplificateur amplifie le bruit de commutation pour le rapprocher du signal impulsionnel et donc des Parties analogiques et numériques de la carte, les couches de puissance devant souvent être séparées.

3. Isoler les signaux sensibles

Certains signaux sensibles (comme les horloges à haute fréquence) sont particulièrement sensibles aux interférences sonores et doivent faire l'objet de mesures d'isolation de haut niveau. Les horloges à haute fréquence (au - dessus de 20 MHz, ou celles dont le temps de retournement est inférieur à 5 NS) doivent être protégées par une ligne de terre d'au moins 10 mil de largeur de ligne d'horloge et d'au moins 20 mil de largeur de ligne de terre protégée. Les trous sont bien en contact avec le sol et sont percés tous les 5 cm pour se connecter au sol; Une résistance d'amortissement de 22 îlots ½ 220 îlots doit être connectée en série du côté émetteur de l'horloge. Les perturbations induites par le bruit du signal apporté par ces lignes peuvent être évitées.

2. Conception anti - interférence Software et Hardware

Normalement, la carte PCB du système d'application DSP haute vitesse est conçue par l'utilisateur en fonction des exigences spécifiques du système. En raison de la capacité de conception limitée et des conditions de laboratoire, si des mesures anti - interférence parfaites et fiables ne sont pas prises, une fois que l'environnement de travail n'est pas idéal, des interférences électromagnétiques se produiront, entraînant des perturbations dans le processus du programme DSP. Lorsque le Code de fonctionnement normal d'un DSP ne peut pas être restauré, le programme court ou se bloque et peut même endommager certains composants. Il faut prendre soin de prendre les mesures anti - brouillage correspondantes.

1. Conception anti - interférence matérielle

L'efficacité anti - interférence matérielle est élevée. La conception anti - interférence matérielle est préférée lorsque la complexité, le coût et le volume du système sont tous supportables. Les techniques anti - interférence matérielles couramment utilisées peuvent être résumées comme suit:

(1) Filtrage matériel: le filtre RC peut grandement atténuer divers signaux d'interférence à haute fréquence. Par exemple, l'interférence des "bavures" peut être supprimée.

(2) Mise à la terre raisonnable: conception raisonnable du système de mise à la terre. Pour les systèmes de circuits numériques et analogiques à grande vitesse, il est important d'avoir une faible impédance et une grande surface de couche de mise à la terre. La couche de terre peut non seulement fournir un chemin de retour à faible impédance pour les courants à haute fréquence, mais peut également rendre EMI et RFI plus petits, mais a également un effet de blindage contre les interférences extérieures. Séparer la mise à la terre analogique de la mise à la terre numérique lors de la conception du PCB.

(3) Mesures de blindage: alimentation en courant alternatif, alimentation haute fréquence, équipement haute tension, étincelles électriques générées par l'arc électrique produiront des ondes électromagnétiques et deviendront une source de bruit pour les interférences électromagnétiques. Une enveloppe métallique peut être utilisée pour entourer le dispositif décrit ci - dessus et le mettre à la terre. Ceci est très efficace pour masquer les perturbations causées par l'induction électromagnétique.

2. Conception anti - interférence de logiciel

L'anti - interférence logicielle présente l'avantage que l'anti - interférence matérielle ne peut être remplacée. Dans les systèmes d'application DSP, la capacité anti - interférence du logiciel doit également être suffisamment explorée pour minimiser l'impact des interférences. Plusieurs méthodes efficaces d'anti - interférence logicielle sont présentées ci - dessous.

(1) filtrage numérique: le bruit du signal d'entrée analogique peut être éliminé par filtrage numérique. Les techniques de filtrage numérique couramment utilisées sont: le filtrage médian, le filtrage de moyenne arithmétique, etc.

(2) Définir un piège: définissez un segment de programme d'amorçage dans une zone de programme inutilisée. Lorsqu'un programme est perturbé et saute dans cette zone, le programme de démarrage force le démarrage du programme capturé à l'adresse spécifiée et utilise un programme spécial pour corriger le programme incorrect. Traitement.

(3) redondance d'instruction: l'insertion de deux ou trois octets d'instruction non opérationnelle NOP après l'instruction de deux octets et l'instruction de trois octets peut empêcher le Programme d'entrer automatiquement sur la bonne voie si le système DSP est perturbé par un programme hors de contrôle.

Iii. Conception de compatibilité électromagnétique

La compatibilité électromagnétique fait référence à la capacité d'un appareil électronique à fonctionner correctement dans un environnement électromagnétique complexe. Le but de la conception de la compatibilité électromagnétique est de permettre à l'électronique de supprimer toutes sortes de perturbations externes, tout en réduisant les perturbations électromagnétiques de l'électronique à d'autres appareils électroniques. Dans la carte PCB proprement dite, il y a plus ou moins de phénomènes d'interférence électromagnétique, c'est - à - dire de diaphonie entre signaux voisins. L'ampleur de la diaphonie est liée à la capacité de distribution et à l'inductance de distribution entre les boucles. Pour remédier à cette interférence électromagnétique mutuelle entre les signaux, on peut prendre les mesures suivantes:

1. Choisissez une largeur de ligne raisonnable

L'effet du courant transitoire sur la ligne imprimée est principalement causé par l'inductance de la ligne imprimée, qui est directement proportionnelle à la longueur de la ligne imprimée et inversement proportionnelle à sa largeur. L'utilisation de fils courts et larges est donc favorable à la suppression des interférences. Les fils de signal des conducteurs d'horloge et de bus ont généralement un courant transitoire important et leurs lignes d'impression doivent être aussi courtes que possible. Pour les circuits à composants discrets, la largeur de la ligne imprimée est d'environ 1,5 mm pour répondre aux exigences; Pour les circuits intégrés, la largeur de la ligne imprimée est choisie entre 0,2 mm et 1,0 mm.

2. Structure de câblage en forme de grille en forme de mot de puits.

La méthode spécifique consiste à câbler horizontalement sur une couche de la carte PCB et verticalement sur la couche suivante.

Iv. Conception de dissipation thermique

Pour faciliter la dissipation de la chaleur, il est préférable d'installer les plaques imprimées séparément, l'espacement des plaques doit être supérieur à 2 cm. Dans le même temps, faites attention aux règles de disposition des éléments sur la carte imprimée. Dans le sens horizontal, le dispositif de forte puissance est disposé le plus près possible du bord de la plaque d'impression pour raccourcir le trajet de transfert thermique; Dans la direction verticale, le dispositif de forte puissance est placé le plus près possible du Haut de la plaque d'impression, réduisant ainsi son influence sur la température des autres composants. Les composants les plus sensibles à la température doivent être placés autant que possible dans une zone où la température est relativement basse et non directement au - dessus d'un appareil produisant beaucoup de chaleur.

Comment traduire la conception parfaite de la théorie à la réalité dans les différentes conceptions de systèmes d'application DSP à grande vitesse dépend de la carte PCB de haute qualité. La fréquence de fonctionnement du circuit DSP est de plus en plus élevée, les broches sont de plus en plus denses et les interférences sont de plus en plus importantes, Comment améliorer la qualité du signal est très important. Par conséquent, les performances du système sont bonnes ou non, inséparables de la qualité de la carte PCB du concepteur de PCB.