L'actualité PCB - Comment pouvons - nous concevoir la carte PCB parfaite?

Tout le monde sait que la mise en page PCB consiste à transformer un schéma en une carte PCB réelle, mais ce n'est pas un processus simple. Beaucoup de gens à l'étranger appellent la conception de PCB art. la pose de cartes PCB n'est pas difficile, mais elle doit être bien faite. L'utilisation d'un PCB pour remplir parfaitement ses fonctions n'est pas une tâche facile.

Deux difficultés majeures dans le domaine de la microélectronique sont le traitement des signaux à haute fréquence et des signaux faibles. Le niveau de production des circuits imprimés est particulièrement important à cet égard. La même conception de principe, les mêmes composants, les PCB produits par différentes personnes ont des résultats différents, Alors, comment pouvons - nous faire une bonne carte PCB? À la lumière de notre expérience passée, je voudrais parler de mon point de vue sur:

I: objectifs de conception clairs

Ayant reçu la tâche de conception, nous devons d'abord clarifier ses objectifs de conception, qu'il s'agisse d'une carte PCB normale, d'une carte PCB haute fréquence, d'une carte PCB de traitement du petit signal ou d'une carte PCB avec traitement à la fois haute fréquence et petit signal. S'il s'agit d'une carte PCB ordinaire, tant que la disposition et le câblage sont raisonnablement soignés, la taille mécanique est précise, s'il y a une ligne de charge moyenne et une ligne longue, certaines mesures doivent être prises pour réduire la charge et l'entraînement de la ligne longue doit être renforcé, l'accent étant mis sur la prévention de la réflexion de la ligne longue. Lorsqu'il y a des lignes de signal de plus de 40 MHz sur la carte, ces lignes de signal doivent être particulièrement prises en compte, par exemple la diaphonie entre les lignes. Si la fréquence est plus élevée, il y a des limites plus strictes sur la longueur du câblage. Selon la théorie des réseaux à paramètres distribués, l'interaction entre les circuits à grande vitesse et leur câblage est un facteur déterminant non négligeable dans la conception du système. Au fur et à mesure que la vitesse de transmission de la grille augmente, l'inverse sur les lignes de signal augmentera en conséquence et la diaphonie entre les lignes de signal adjacentes augmentera proportionnellement. Généralement, la consommation d'énergie et la dissipation de chaleur des circuits à grande vitesse sont également importantes, de sorte que les circuits imprimés à grande vitesse sont fabriqués. Une attention suffisante doit être accordée.

Ces lignes de signal nécessitent une attention particulière lorsqu'il y a de faibles signaux au niveau du millivolt ou même du microvolt sur la plaque. Les petits signaux sont trop faibles et peuvent facilement être perturbés par d'autres signaux forts. Des mesures de blindage sont souvent nécessaires, sinon elles réduisent considérablement le rapport signal sur bruit. En conséquence, les signaux utiles sont inondés de bruit et ne peuvent pas être extraits efficacement.

La mise en service des plaques doit également être envisagée au stade de la conception. Des facteurs tels que l'emplacement physique du point d'essai, l'isolement du point d'essai, etc., ne peuvent pas être ignorés, car certains signaux de petite taille et de haute fréquence ne peuvent pas être ajoutés directement à la sonde pour la mesure.

En outre, d'autres facteurs pertinents doivent être pris en compte, tels que le nombre de couches de la plaque, la forme d'encapsulation de l'ensemble utilisé et la résistance mécanique de la plaque. Avant de faire une carte PCB, vous devez avoir une bonne idée des objectifs de conception.

Deux Comprendre les exigences de mise en page et de câblage des fonctions des composants utilisés

Nous savons que certains composants spéciaux ont des exigences particulières en termes de disposition et de câblage, tels que les amplificateurs de signaux analogiques utilisés par Loti et APH. Un amplificateur de signal analogique nécessite une alimentation stable et une ondulation plus petite. Gardez la petite section de signal analogique aussi loin que possible du périphérique d'alimentation. Sur la carte Oti, la petite section amplification de signal est également spécialement équipée d'un blindage pour protéger contre les interférences électromagnétiques parasites. Les puces glink utilisées sur les cartes ntoi utilisent la technologie ECL, qui consomme beaucoup d'énergie et génère de la chaleur. La question de la dissipation de chaleur doit être particulièrement prise en compte dans la disposition. Si la dissipation de chaleur naturelle est utilisée, la puce glink doit être placée dans un endroit où la circulation d'air est relativement lisse, Et la chaleur rayonnée n'aura pas beaucoup d'impact sur les autres puces. Si la carte est équipée de haut - parleurs ou d'autres appareils puissants, elle peut causer une grave contamination de l'alimentation. Cela mérite également une attention suffisante.

Trois Notes sur la disposition des composants

Le premier facteur à prendre en compte dans la disposition des éléments est la performance électrique. Assembler les composants les plus étroitement connectés possible, en particulier pour certaines lignes à grande vitesse, en les rendant aussi courts que possible lors de l'agencement des signaux de puissance et des petits dispositifs de signalisation. à séparer. Sous réserve de respecter les performances du circuit, les éléments doivent être placés de manière soignée et esthétique, faciles à tester. Les dimensions mécaniques de la carte et l'emplacement des prises doivent également être soigneusement pris en compte.

La mise à la terre et le temps de retard de transmission des lignes interconnectées dans un système à grande vitesse sont également les premiers facteurs à prendre en compte dans la conception du système. Le temps de transmission sur la ligne de signal a une grande influence sur la vitesse de l'ensemble du système, en particulier pour les circuits ECL haute vitesse. Bien que les blocs de circuits intégrés eux - mêmes soient rapides, cela est dû à l'utilisation de lignes d'interconnexion ordinaires sur le fond de panier (la longueur de chaque ligne de 30 cm est d'environ 2 NS de retard) qui augmentent le temps de retard, ce qui peut considérablement ralentir le système. Les pièces de travail synchrones telles que les registres à décalage et les compteurs de synchronisation sont de préférence placées sur une même carte enfichable, car les temps de retard de transmission des signaux d'horloge ne sont pas égaux sur les différentes cartes enfichables, ce qui peut entraîner des erreurs importantes dans les registres à décalage. Si vous ne pouvez pas le placer sur une carte, les lignes d'horloge de la source d'horloge commune à chaque carte plug - in doivent être de longueur égale, où la synchronisation est la clé.

Quatrièmement, considérations sur le câblage

Avec l'achèvement de la conception des réseaux de fibre optique otni et Star, il y aura plus de cartes à concevoir pour les lignes de signal à haute vitesse au - dessus de 100 MHz à l'avenir. Quelques concepts de base des lignes à grande vitesse seront présentés ici.

1. Lignes de transmission

Tout chemin de signal "Long" sur une carte de circuit imprimé peut être considéré comme une sorte de ligne de transmission. Si le temps de retard de transmission de la ligne est beaucoup plus court que le temps de montée du signal, les réflexions principales générées lors de la montée du signal seront inondées. Le dépassement, le recul et la sonnerie n'existent plus. Pour la plupart des circuits MOS actuels, les trajectoires peuvent atteindre plusieurs mètres sans distorsion du signal, car le rapport entre le temps de montée et le temps de retard de transmission de la ligne est beaucoup plus important. Pour des circuits logiques plus rapides, en particulier les ECL ultra - rapides.

Pour les circuits intégrés, en raison de l'augmentation de la vitesse de bord, la longueur des traces doit être considérablement raccourcie si aucune autre mesure n'est prise pour préserver l'intégrité du signal.

Il existe deux façons de faire fonctionner un circuit à grande vitesse sur une ligne relativement longue sans distorsion importante de la forme d'onde. Le TTL utilise la méthode Schottky Diode Clamp pour les fronts descendants rapides, ce qui entraîne une chute de tension de la diode au - dessous du potentiel de masse. Au niveau du "h", cela réduit l'amplitude de l'entrefer. Un front montant plus lent permet un dépassement, mais il est atténué par l'impédance de sortie relativement élevée (50 ½ 80 isla©) du circuit à l'état "h". De plus, le problème du rabais n'est pas très important en raison de l'immunité plus grande du statut « h». Pour les dispositifs de la série hct, si l'on combine les méthodes Schottky de clampage de Diode et de terminaison par résistance en série, il y aura une amélioration et l'effet sera plus prononcé.

Lorsque des éventails apparaissent le long de la ligne de signal, la méthode de mise en forme TTL présentée ci - dessus semble quelque peu inadéquate à des débits plus élevés et à des débits de bord plus rapides. En raison de la présence d'ondes réfléchies dans les lignes, elles ont tendance à être synthétisées à des débits élevés, ce qui entraîne une forte distorsion du signal et une diminution de la résistance aux interférences. Ainsi, pour résoudre les problèmes de réflexion, les systèmes ECL utilisent généralement une autre méthode: la méthode d'adaptation d'impédance de ligne. De cette façon, la réflexion peut être contrôlée et l'intégrité du signal peut être garantie.

Strictement parlant, les lignes de transmission ne sont pas très nécessaires pour les dispositifs TTL et CMOS traditionnels avec des vitesses de bord plus lentes. Pour les dispositifs ECL haute vitesse avec des vitesses de bord plus rapides, les lignes de transmission ne sont pas toujours nécessaires. Mais lorsqu'on utilise des lignes de transmission, elles présentent l'avantage de prévoir les retards de connexion et de contrôler les réflexions et les oscillations par adaptation d'impédance. 1.

Il y a cinq facteurs fondamentaux pour décider d'utiliser ou non une ligne de transmission. Ce sont: (1) Le taux de bord du signal du système, (2) La distance de connexion (3) la charge Capacitive (Combien de secteurs sont sortis), (4) la charge résistive (méthode de terminaison de ligne); (5) Pourcentage des écarts et des dépassements admissibles (degré de réduction de l'immunité AC).

2. Plusieurs types de lignes de transmission

(1) câble coaxial et Paire torsadée: ils sont souvent utilisés pour la connexion entre les systèmes. L'impédance caractéristique d'un câble coaxial est typiquement de 50 et 75 îlots et d'une Paire torsadée de 110 îlots.

(2) ligne de microruban sur la carte de circuit imprimé

Une ligne microruban est un conducteur en forme de ruban (ligne de signal). Utilisez un diélectrique pour l'isoler du plan de masse. Si l'épaisseur, la largeur et la distance entre la ligne et le plan de masse sont contrôlables, son impédance caractéristique peut également être contrôlée. L'impédance caractéristique Z0 de la ligne microruban est:

Où: [er est la constante diélectrique relative du matériau diélectrique du circuit imprimé

6 est l'épaisseur de la couche diélectrique

W est la largeur de la ligne

T est l'épaisseur de la ligne

Le temps de retard de transmission par unité de longueur d'une ligne microruban ne dépend que de la constante diélectrique, indépendamment de la largeur ou de l'espacement des lignes.

(3) ligne de ruban dans la plaque d'impression

La ligne ruban est une ligne ruban de cuivre placée au milieu du diélectrique entre deux plans conducteurs. Si l'épaisseur et la largeur de la ligne, la constante diélectrique du milieu et la distance entre les deux plans conducteurs sont contrôlables, l'impédance caractéristique de la ligne est également contrôlable. L'impédance caractéristique B de la ligne à ruban est:

Où: B est la distance entre deux plaques de plancher

W est la largeur de la ligne

T est l'épaisseur de la ligne

De même, le temps de retard de transmission par unité de longueur d'une ligne à ruban est indépendant de la largeur ou de l'espacement des lignes; Elle ne dépend que de la permittivité relative du milieu utilisé.

3. Ligne de transmission non terminée

Si le temps de retard de la ligne est beaucoup plus court que le temps de montée du signal, il est possible d'utiliser une ligne de transmission sans terminaison série ou parallèle. Si le retard aller - retour du fil non terminé (temps nécessaire pour que le signal soit transmis une fois sur la ligne de transmission) est supérieur à l'impulsion, le temps de montée du signal est court, de sorte que le recul provoqué par le fil non terminé est de l'ordre de 15% du pendule logique. La longueur maximale de l'itinéraire ouvert est d'environ:

Lmaxï¼tr / 2 tonnes / jour

Où: tr est le temps de montée

TPD est le temps de retard de transmission par unité de longueur de ligne

4. Fin des lignes de transmission

En réception de la ligne se termine par une résistance égale à l'impédance caractéristique de la ligne, la ligne de transmission est alors dite connectée en borne parallèle. Il est principalement utilisé pour obtenir des performances électriques optimales, y compris la conduite de charges distribuées.

Parfois, pour économiser la consommation d'énergie, un condensateur 104 est connecté en série sur une résistance de terminaison, formant un circuit de terminaison AC qui peut réduire efficacement les pertes en courant continu.

Les résistances sont connectées en série entre le conducteur et la ligne de transmission et les bornes de la ligne ne sont plus connectées aux résistances terminales. Cette méthode de terminaison est appelée terminaison série. Les dépassements et les sonneries sur les lignes plus longues peuvent être contrôlés par des techniques d'amortissement en série ou de terminaison en série. L'amortissement en série est réalisé en utilisant une faible résistance (typiquement de 10 à 75 angströms) en série avec la sortie de la porte d'entraînement. Cette méthode d'amortissement s'applique aux lignes dont l'impédance caractéristique est contrôlée (telles que le câblage du fond de panier, les cartes sans plan de masse et la plupart des lignes de bobinage, etc.).

Dans une borne série, la somme de la valeur de la résistance série et de l'impédance de sortie du circuit (porte de commande) est égale à l'impédance caractéristique de la ligne de transmission. Le câblage d'extrémité série présente l'inconvénient de n'utiliser que des charges centralisées aux bornes et de longs délais de transmission. Ceci peut cependant être surmonté par l'utilisation de lignes de transmission terminales série redondantes.

5. Comparaison de plusieurs méthodes de terminaison

Parallèle et série ont leurs avantages respectifs. L'utilisation de l'un ou des deux dépend des préférences du concepteur et des exigences du système. Le principal avantage de la mise en parallèle est que le système est rapide et que le signal est transmis sans distorsion sur la ligne. La charge sur la ligne longue n'affecte ni le temps de retard de transmission de la porte d'entraînement qui entraîne la ligne longue, ni la vitesse de bord de son signal, mais augmente le retard de transmission du signal le long de la ligne longue. Lors de l'entraînement d'un grand secteur, la charge peut être répartie le long d'un embranchement court au lieu d'un terminal qui centralise la charge sur la ligne, comme le font les terminaux en série.

La méthode de terminaison en série donne au circuit la capacité de piloter plusieurs lignes de charge en parallèle. L'incrément de temps de retard provoqué par la charge Capacitive câblée aux bornes série est environ deux fois plus grand que celui du câblage aux bornes parallèles correspondantes, et le court - circuit est provoqué par la charge Capacitive. La vitesse ralentit et le temps de retard de la porte d'entraînement augmente. Cependant, la diaphonie d'une connexion série est inférieure à celle d'une connexion parallèle. La raison principale est que l'amplitude du signal transmis le long de la connexion série n'est que de la moitié de l'amplitude du pendule logique. Le courant de commutation n'est que la moitié du courant de commutation en parallèle, l'énergie du signal est faible et la diaphonie est faible.

Technologie de câblage double carte PCB

Lors de la fabrication d'un PCB, le choix d'un panneau double face ou multicouche dépend de la fréquence de fonctionnement la plus élevée, de la complexité du système de circuit et des exigences en matière de densité d'assemblage. Lorsque la fréquence de l'horloge dépasse 200 MHz, il est préférable de choisir une plaque multicouche. Si la fréquence de fonctionnement est supérieure à 350 MHz, il est préférable de choisir une carte de circuit imprimé avec du PTFE comme couche diélectrique, car elle a moins d'atténuation des hautes fréquences, moins de capacité parasite et une vitesse de transmission plus rapide. Grande et faible consommation d'énergie, le câblage de la carte de circuit imprimé nécessite les principes suivants

(1) lors de la conception de la ligne de transmission du signal, les virages serrés doivent être évités afin d'éviter les réflexions causées par des changements brusques dans l'impédance caractéristique de la ligne de transmission. Essayez de concevoir un arc uniforme avec une certaine taille.

(2) maintenir autant d'espace que possible entre toutes les lignes de signal parallèles pour réduire la diaphonie. S'il y a deux lignes de signal rapprochées, il est préférable de placer une ligne de masse entre les deux lignes, ce qui peut jouer un rôle de blindage.

La largeur de la ligne imprimée peut être calculée à partir de la formule de calcul d'impédance caractéristique des lignes microruban et ruban décrite ci - dessus. L'impédance caractéristique d'une ligne microruban sur une carte de circuit imprimé est généralement comprise entre 50 et 120 angströms. Pour obtenir une grande impédance caractéristique, la largeur de ligne doit être très étroite. Mais les lignes très fines ne sont pas faciles à faire. Compte tenu de divers facteurs, il convient généralement de choisir une valeur d'impédance d'environ 68 îlots, car l'impédance caractéristique des îlots 68 permet d'obtenir un équilibre optimal entre le temps de retard et la consommation d'énergie. Une ligne de transmission de 50 îles consommera plus d'électricité; Bien sûr, une plus grande impédance peut réduire la consommation d'énergie, mais augmente le temps de retard de transmission. Une capacité de ligne négative augmentera le temps de retard de transmission et réduira l'impédance caractéristique. Cependant, la capacité intrinsèque par unité de longueur d'un segment de ligne à très faible impédance caractéristique est relativement importante, de sorte que le temps de retard de transmission et l'impédance caractéristique sont moins affectés par la capacité de charge. Une caractéristique importante d'une ligne de transmission correctement terminée est qu'un embranchement Court ne doit pas affecter le temps de retard de la ligne. Lorsque Z0 est de 50 îles. La longueur des pieux de dérivation doit être limitée à 2,5 cm ou moins. Pour éviter les sonneries fortes.

(4) s'il y a un petit amplificateur de signal sur la carte, la ligne de signal faible avant l'amplification doit être éloignée de la ligne de signal forte, la trace doit être aussi courte que possible et, si possible, blindée à l'aide de la ligne de sol.

(5) s'il y a des appareils à courant élevé sur la carte de circuit imprimé, tels que des relais, des voyants lumineux, des Haut - parleurs, etc., leurs lignes de sol doivent être séparées pour réduire le bruit sur les lignes de sol. Les lignes de terre de ces appareils à courant élevé doivent être connectées à des bus de terre indépendants sur les plaques de branchement et les panneaux arrière, et ces lignes de terre indépendantes doivent également être connectées aux points de mise à la terre de l'ensemble du système.

(6) pour double panneau (ou ligne à quatre couches en six couches). Les lignes des deux côtés de la carte doivent être perpendiculaires les unes aux autres pour éviter la diaphonie causée par l'inductance mutuelle.