Conception électronique - Comment concevoir un PCB à signal mixte?

Le fonctionnement d'un circuit analogique de carte PCB dépend de la variation continue du courant et de la tension. Le fonctionnement du circuit numérique repose sur la détection d'un niveau haut ou bas au niveau du récepteur à partir d'un niveau de tension ou seuil prédéfini, ce qui revient à juger d'un état logique "vrai" ou "faux". Entre le niveau haut et le niveau bas du circuit numérique, il existe une zone « grise » dans laquelle le circuit numérique présente parfois des effets analogiques tels que des dépassements et des rétroréflexions lorsque le signal numérique passe suffisamment rapidement du niveau bas au niveau haut (état). Le concept de carte PCB à signaux mixtes est ambigu pour les conceptions de cartes modernes, car il existe des circuits analogiques et des effets analogiques même dans les dispositifs purement « numériques». Dès le début de la conception, il était donc nécessaire de simuler les effets de simulation afin d'obtenir de manière fiable une allocation rigoureuse des séries chronologiques. En effet, outre la fiabilité avec laquelle les produits de communication doivent fonctionner sans problème pendant plusieurs années, des effets de simulation sont particulièrement nécessaires pour les produits de consommation à faible coût / haute performance produits en série.

Une autre difficulté de la conception moderne de circuits imprimés à signaux mixtes est le nombre croissant de dispositifs avec différentes logiques numériques telles que GTL, LVTTL, LVCMOS et LVDS. Les seuils logiques et les oscillations de tension de chaque Circuit logique sont différents. Cependant, ces différents seuils logiques et fluctuations de tension doivent être conçus ensemble sur une carte PCB. Ici, vous pouvez maîtriser les stratégies et les techniques de réussite grâce à une analyse approfondie de la mise en page et du câblage des cartes PCB haute densité, haute performance et à signaux mixtes.

Base de câblage de circuit de signal hybride

Lorsque les circuits numériques et analogiques partagent les mêmes composants sur une même carte, la disposition et le câblage des circuits doivent être méthodiques.

Dans la conception de la carte PCB à signal mixte, il existe des exigences spéciales pour le câblage de l'alimentation et la séparation du bruit analogique et du bruit du circuit numérique afin d'éviter le couplage de bruit, ce qui augmente la complexité de la disposition et du câblage. Les exigences spéciales pour les lignes de transmission de l'alimentation et les exigences pour isoler le couplage de bruit entre les circuits analogiques et numériques rendent la disposition et le câblage de la carte PCB à signal mixte plus complexes.

Si l'alimentation de l'amplificateur analogique dans le convertisseur A / n est reliée à l'alimentation numérique du convertisseur A / N, il est probable qu'une interaction se produise entre la partie analogique et la partie numérique du circuit. En raison de l'emplacement des connecteurs d'entrée / sortie, le schéma de disposition peut devoir mélanger le câblage des circuits numériques et analogiques.

Avant de procéder à la mise en page et au câblage, les ingénieurs doivent comprendre les faiblesses fondamentales des schémas de mise en page et de câblage. Même lorsque le jugement est erroné, la plupart des ingénieurs ont tendance à utiliser les informations de mise en page et de câblage pour identifier les impacts électriques potentiels.

Mise en page et câblage de cartes PCB à signaux mixtes modernes

Ci - dessous, à travers la conception de la carte d'interface oc48, la mise en page et la technologie de câblage de la carte PCB à signal mixte sont présentées. Oc48 est l'abréviation de optical carrier standard 48, qui communique essentiellement vers une optique série de 2,5 go. 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 de configuration et de câblage typiques des cartes PCB à signaux mixtes. Le processus de mise en page et de câblage indiquera la séquence et les étapes pour résoudre le schéma de mise en page de carte PCB à signal mixte.

La carte oc48 contient un émetteur - récepteur pour la conversion bidirectionnelle des signaux optiques et analogiques. Processeur de signaux numériques d'entrée ou de sortie de signaux analogiques, converti en niveaux logiques numériques par un DSP, connecté à un microprocesseur, à un réseau de portes programmables et aux circuits d'interface système du DSP et du 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 l'horloge pour oc48i / O, le microprocesseur et les E / s du système.

Après avoir examiné la disposition et les exigences de câblage des différents blocs de circuits fonctionnels, il a été recommandé d'utiliser un panneau à 12 couches, comme le montre la figure 3. La configuration des couches microruban et ruban permet de réduire en toute sécurité le couplage des couches adjacentes et d'améliorer le contrôle d'impédance. La mise à la terre entre les couches 1 et 2 isole le câblage de la source de référence analogique sensible, du cœur du processeur et de l'alimentation du filtre PLL des microprocesseurs et des périphériques DSP de la couche 1. La couche d'alimentation et la couche de connexion apparaissent toujours par paires, comme si elles partageaient une couche d'alimentation de 3,3 V sur une carte oc48. Cela réduira l'impédance entre l'alimentation et la terre, réduisant ainsi le bruit sur le signal d'alimentation.

Pour éviter que la ligne d'horloge numérique et la ligne de signal analogique haute fréquence ne soient proches de la couche d'alimentation, sinon le bruit du signal d'alimentation serait couplé à un signal analogique sensible.

Afin de répondre aux exigences du câblage des signaux numériques, l'utilisation de sources d'alimentation et d'ouvertures dans les couches analogiques de mise à la terre doit être soigneusement envisagée, en particulier aux entrées et aux sorties des dispositifs à signaux mixtes. Le passage par une ouverture dans une couche de signal adjacente peut entraîner une impédance discontinue et une mauvaise boucle de ligne de transmission. Tout cela peut entraîner des problèmes de qualité du signal, de synchronisation et d'EMI.

Parfois, l'ajout de plusieurs couches de mise à la terre sous un appareil ou l'utilisation de plusieurs couches périphériques comme source d'alimentation locale ou comme couche de mise à la terre peut éliminer les ouvertures et éviter ces problèmes. Plusieurs couches de terre sont utilisées sur la carte d'interface oc48. Le maintien d'un empilement symétrique des couches d'ouverture et de câblage évite les blocages et simplifie le processus de fabrication. Étant donné que la plaque de cuivre recouverte de 1 once peut résister à des courants élevés, l'utilisation d'une feuille de cuivre recouverte de 1 once pour la couche d'alimentation 3,3 V et la couche de mise à la terre correspondante, et de plaques de cuivre recouvertes de 0,5 once pour les autres couches, peuvent réduire les fluctuations de tension causées par des courants élevés transitoires ou des heures de pointe.

Si vous Concevez un système complexe à partir du rez - de - chaussée, vous devez utiliser des cartes de 0093 pouces et de 0100 pouces d'épaisseur pour soutenir les couches de câblage et d'isolation de mise à la terre. L'épaisseur de la carte doit également être ajustée en fonction des dimensions des caractéristiques de câblage des plots et des trous traversants, de manière à ce que le rapport entre l'ouverture et l'épaisseur de la carte finie ne dépasse pas le Rapport largeur / hauteur des trous métallisés fourni par le fabricant.

Si vous souhaitez concevoir un produit commercial à faible coût, à haut rendement et avec un nombre minimal de couches de câblage, réfléchissez soigneusement aux détails de câblage de toutes les alimentations spéciales sur la carte PCB à signal mixte avant de procéder à la mise en page ou au câblage.laissez le fabricant cible revoir le plan de stratification initial avant de commencer la mise en page et le câblage.fondamentalement, la stratification est basée sur l'épaisseur du produit fini, le nombre de couches, le poids du cuivre, l'impédance (avec tolérance) et la taille minimale des plots et des trous traversants, et le fabricant devrait faire des recommandations écrites sur la stratification.

Il est recommandé d'inclure le contrôle de toutes les configurations des lignes à ruban d'impédance et des lignes à microruban. Pensez à combiner vos prédictions d'impédance avec celles des fabricants de cartes PCB. Ces prédictions d'impédance peuvent ensuite être utilisées pour vérifier les caractéristiques de câblage du signal dans les outils de simulation utilisés pour développer des règles de câblage Cao.