Technologie PCB - Comment faire des cartes de haute qualité plus rapidement avec une bonne disposition de PCB

Pour obtenir des PCB meilleurs et plus rapides, les concepteurs doivent prêter attention à trois domaines principaux lors de la conception de leurs cartes: les matériaux de construction, les interconnexions de composants et la disposition du câblage.

Matériaux de construction

Dans le processus de conception de PCB, les concepteurs considèrent principalement deux caractéristiques principales des matériaux de PCB. L'un d'eux est la constante diélectrique et l'autre est la tangente d'angle de perte. La constante diélectrique affecte la vitesse à laquelle le signal traverse la carte. La tangente de perte fait référence à la quantité de signal perdue en raison de l'absorption dans le matériau. Bien que le fr4 soit un matériau couramment utilisé pour la construction de circuits basse fréquence, des matériaux de qualité supérieure sont encore nécessaires pour les circuits dont la fréquence dépasse 1 GHz.

Interaction des composants

Il est très important pour les concepteurs de cartes haute fréquence de prendre en compte les points de connexion entre les éléments et le PCB. L'utilisation de dispositifs montés en surface (SMd) a des caractéristiques structurelles et des longueurs de fil plus petites, de sorte que ce problème peut être résolu dans une large mesure. Cependant, à mesure que la fréquence augmente, les éléments passifs, y compris sous forme de SMD, peuvent avoir des propriétés non souhaitables. Les concepteurs doivent en tenir compte et compenser ces caractéristiques.

Suivre la disposition

Une fois que le concepteur a déterminé de manière satisfaisante le choix des matériaux de construction et des composants, il / elle doit s'engager à atteindre des vitesses de fonctionnement élevées dans un environnement de faible puissance. Cela inclut:

. minimiser la production de bruit des véhicules

. minimise la diaphonie entre les traces

. Réduire l'impact du rebond au sol

. adaptation d'impédance

. terminaison de ligne de signal correcte

Minimiser la production de bruit

La réduction du bruit comporte principalement deux aspects. L'un d'eux est la distribution de puissance complète et l'autre implique le filtrage du bruit de puissance.

Pour distribuer l'alimentation sur l'ensemble du PCB, les concepteurs peuvent utiliser un plan d'alimentation ou un réseau de bus d'alimentation. Typiquement, une couche de puissance sur un PCB multicouche est constituée de deux ou plusieurs couches métalliques qui transmettent VCC et GNd au dispositif. Comme les plans d'alimentation couvrent presque toute la zone du PCB, la résistance DC de ces plans est faible. Le plan de puissance maintient donc le niveau VCC constant tout en répartissant uniformément le niveau VCC sur tous les dispositifs. Il offre également une protection contre le bruit, une capacité d'absorption de courant extrêmement élevée et un bon blindage des signaux transportés par le PCB.

Une alternative au plan d'alimentation est le bus d'alimentation, qui se compose de deux ou plusieurs pistes métalliques larges qui transmettent VCC et GNd à l'appareil. Comme cette méthode est moins chère que les plans de puissance, les PCB à double couche les utilisent souvent. Lors de la conception à l'aide d'un réseau de bus d'alimentation, les concepteurs doivent s'assurer que la largeur des traces est aussi large que possible. Cependant, la résistance continue du réseau de bus de puissance est beaucoup plus faible par rapport au plan de puissance.

La séparation de l'avion et du bus d'alimentation transportant les alimentations analogiques et numériques contribue à minimiser la production de bruit aérien, car cela empêche l'interaction entre les deux. Cependant, un système entièrement numérique peut ne pas avoir de plan de puissance analogique séparé et l'ajout d'un nouveau plan de puissance peut devenir très coûteux, à moins que le concepteur ne crée des îlots de partition ou des plans de séparation sur les couches existantes.

Bien qu'il soit recommandé de séparer ces plans entre les alimentations analogiques et numériques sur le système, il peut encore y avoir des interactions inutiles entre ces deux types de circuits.

Minimiser les interactions entre les trajectoires

Un couplage inutile des signaux entre les lignes horizontales peut entraîner une diaphonie. Les concepteurs peuvent minimiser la diaphonie grâce à un câblage approprié et à l'utilisation de microbandes et de bandes dans la pile de couches.

Lorsqu'ils sont forcés d'utiliser deux couches de signal adjacentes, les concepteurs minimisent la diaphonie en câblant toutes les traces d'une couche à un angle avec celles de la couche suivante. D'autres techniques qu'ils utilisent pour minimiser la diaphonie sont de minimiser la distance entre la couche de signal et ses plans adjacents, et d'augmenter la distance entre les deux couches de signal.

Réduire l'impact du rebond au sol

En utilisant un appareil numérique plus rapide et en réduisant le temps de commutation de sortie, la sortie de l'appareil affichera un courant transitoire plus élevé lorsque la capacité de charge est libérée. De plus, il peut y avoir plusieurs sorties du dispositif commutant simultanément du niveau logique haut au niveau logique bas. Dans le même temps, l'injection de courant dans la terre peut temporairement augmenter le potentiel élevé, provoquant un changement de la ligne de base. Ce phénomène est un rebond du sol. Les principales conditions qui affectent le rebond de la Terre comprennent la capacité de charge, l'inductance de la prise et le nombre de sorties de commutation simultanées.

Les concepteurs ont utilisé les méthodes de conception suivantes pour réduire le rebond du sol:

. Placez les trous de passage près des plots de condensateur ou utilisez des traces courtes et larges entre eux

. utilisez des traces larges et courtes de la broche d'alimentation au plan d'alimentation, à l'îlot ou au condensateur de découplage. Cela réduit la possibilité d'un rebond de la terre en réduisant l'Inductance série et la tension transitoire descend de la broche d'alimentation au plan d'alimentation.

.connectez chaque broche ou trou de mise à la terre au plan de mise à la terre. La chrysanthème conduit à un chemin de terre partagé, augmentant ainsi la résistance et l'inductance de la boucle de courant de boucle

. Ajouter des condensateurs de découplage selon les recommandations du fabricant de circuits intégrés. Le condensateur de découplage doit être placé le plus près possible des broches d'alimentation et de masse de l'appareil.

. placez la sortie du commutateur aussi près que possible de la broche de mise à la terre du boîtier

. Évitez les résistances pull - up et utilisez plus de résistances pull - down

Utilisation de PCB multicouches avec des plans VCC et GNd séparés pour exploiter la capacité intrinsèque dans le plan VCC GNd

. utilisez la conception synchrone, car ils ne sont pas affectés par les broches de commutateur synchrone

. La distance entre la broche de mise à la terre et la broche d'alimentation est très proche, ce qui réduit l'inductance mutuelle, car le sens du courant est inversé pour les deux broches.

. minimiser l'inductance dans les condensateurs découplés en utilisant une plus grande taille de perçage sur les plots de condensateur

. minimisez l'inductance des conducteurs en utilisant des condensateurs montés en surface

. utilisez des condensateurs avec une résistance en série efficace inférieure

Adaptation d'impédance et terminaison de ligne de signal correcte. Un signal réfléchi d'avant en arrière le long d'une ligne d'impédance non adaptée provoquera une sonnerie au niveau du récepteur de charge. La sonnerie provoque un faux déclenchement du récepteur, car elle réduit la plage dynamique du récepteur. Les concepteurs éliminent la réflexion en utilisant des bornes de ligne de signal appropriées pour rendre l'impédance de source égale à l'impédance de trace et à l'impédance de charge.

Pour adapter correctement l'impédance et terminer la ligne de signal, le concepteur peut assurer l'intégrité du signal par:

. n'utilisez pas de trous excessifs dans la ligne de transmission d'horloge, car les trous excessifs peuvent provoquer des changements d'impédance et des réflexions

- Restez en ligne droite. N'utilisez pas de courbe à angle droit, utilisez plutôt des pistes courbes

. utilisez le suivi d'horloge point à point autant que possible et terminez le signal d'horloge pour minimiser les réflexions

. utiliser des périphériques externes pour amortir la charge et limiter la capacité de charge

. Ajouter une résistance de 10 à 27 ohms en série à chaque sortie de commutation pour limiter le courant

. placez la résistance de borne appropriée et assurez - vous que l'adaptation d'impédance entre la ligne de transmission et la borne est égale à l'impédance de ligne

. routage des couches de traces d'horloge entre les couches dans le plan de référence pour minimiser le bruit

Maintenir la longueur de trace inférieure à 5 cm, l'impédance inférieure à 65 ohms, le retard métallique inférieur à 940 PS, la valeur de l'inductance inférieure à 40 NH, la capacité de trace inférieure à 20 PF et la capacité totale inférieure à 30 PF.

Conclusion

En plus de choisir le bon matériau haute fréquence, les concepteurs peuvent également utiliser de nombreuses meilleures dispositions de PCB pour le faire fonctionner correctement à haute fréquence. Comme chaque PCB est unique, il doit être personnalisé pour son application. L'utilisation d'un logiciel de Cao PCB ou d'un kit de conception peut aider les concepteurs, car le package offre un large éventail de fonctionnalités.