Technologie PCB - Analyse des méthodes de mise en page et de câblage dans la conception de PCB à signaux mixtes

Une autre difficulté de la conception moderne de circuits imprimés à signaux mixtes est qu'il existe de plus en plus de dispositifs logiques numériques différents tels que GTL, LVTTL, LVCMOS et LVDS logic. Les seuils logiques et les oscillations de tension de chaque Circuit logique sont différents, mais les circuits pour lesquels ces différents seuils logiques ont des oscillations de tension doivent être conçus ensemble sur le 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 de circuits imprimés à signal mixte haute densité et haute performance.

Bases du câblage de circuits à signaux mixtes

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

Dans la conception de PCB à signal mixte, il existe des exigences spéciales pour le câblage d'alimentation, qui exigent que le bruit analogique et le bruit du circuit numérique soient isolés l'un de l'autre et évitent le couplage de bruit. Par conséquent, la complexité de la disposition et du câblage augmente. Les exigences particulières pour les lignes de transmission et l'isolation du couplage de bruit entre les circuits analogiques et numériques augmentent encore la complexité de l'agencement et du câblage des PCB à signaux mixtes.

Si l'alimentation de l'amplificateur analogique dans le convertisseur A / N et l'alimentation numérique du convertisseur A / N sont connectées ensemble, il est probable qu'il y aura une interaction entre la partie analogique et la partie numérique du circuit. Peut - être, en raison de l'emplacement des connecteurs d'entrée / sortie, le schéma de disposition doit mélanger le câblage des circuits numériques et analogiques.

Avant la disposition et le câblage, les ingénieurs doivent identifier les faiblesses fondamentales de la disposition et du schéma de câblage. Même avec un jugement erroné, la plupart des ingénieurs ont tendance à utiliser des informations de mise en page et de câblage pour identifier les impacts électriques potentiels.

La mise en page et les techniques de câblage des circuits imprimés à signaux mixtes seront illustrées ci - dessous par la conception de la carte d'interface oc48. Oc48 est l'abréviation de optical carrier standard 48, qui communique essentiellement vers une optique série de 2,5 GB. 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 typiques de configuration et de câblage de PCB à signaux mixtes. Le processus de mise en page et de câblage spécifie l'ordre et les étapes pour résoudre le schéma de mise en page PCB à signaux mixtes.

La carte oc48 contient un émetteur - récepteur optique qui permet une conversion bidirectionnelle des signaux optiques et des signaux électriques analogiques. Un processeur de signaux numériques d'entrée ou de sortie de signaux analogiques, le DSP convertissant ces signaux analogiques en niveaux logiques numériques, peut être connecté à un microprocesseur, à un réseau de portes programmables, à un DSP et à un circuit d'interface de système à 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 une horloge pour les E / S oc48, le microprocesseur et les E / s système.

Après avoir examiné la disposition et les exigences de câblage des différents blocs de circuits fonctionnels, une carte à 12 couches a été initialement recommandée. La configuration des couches microruban et ruban permet de réduire en toute sécurité le couplage des couches de câblage adjacentes et d'améliorer le contrôle d'impédance. Une couche de terre est disposée entre la première et la deuxième couche pour isoler le câblage de la source de référence analogique sensible, du noyau CPU et de l'alimentation du filtre PLL du microprocesseur et du dispositif DSP sur la première couche. L'alimentation et le plan de masse apparaissent toujours par paires, de la même manière que pour le partage d'un plan 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.

Évitez de faire fonctionner la ligne d'horloge numérique et la ligne de signal analogique haute fréquence près du plan d'alimentation, sinon le bruit du signal d'alimentation serait couplé à un signal analogique sensible.

En fonction des besoins de câblage des signaux numériques, l'utilisation d'une alimentation et d'ouvertures analogiques du plan de masse (Split) est soigneusement envisagée, en particulier aux entrées et aux sorties des dispositifs à signaux mixtes. Le passage d'une ouverture dans une couche de signal adjacente entraînera une boucle de ligne de transmission discontinue et de mauvaise impédance. Cela entraînera des problèmes de qualité du signal, de synchronisation et d'EMI.

Parfois, l'ajout de plusieurs couches de mise à la terre ou l'utilisation de plusieurs couches externes comme couche de puissance locale ou couche de mise à la terre sous le dispositif permet d'éliminer les ouvertures et d'éviter les problèmes mentionnés ci - dessus. Plusieurs couches de terre sont utilisées sur la carte d'interface oc48. Le maintien de la symétrie d'empilement des emplacements des couches d'ouverture et de câblage permet d'éviter la déformation de la carte et de simplifier le processus de fabrication. Étant donné que 1 once de cuivre recouvert de stratifié a une résistance élevée aux courants élevés, 1 once de cuivre recouvert de stratifié devrait être utilisé pour la couche d'alimentation 3,3 V et la couche de mise à la terre correspondante, et 0,5 once de cuivre recouvert de stratifié peut être utilisé pour les autres couches. Cela peut réduire les courants élevés transitoires ou les pics causés par les fluctuations de tension.

Si vous Concevez un système complexe à partir du plan de mise à la terre, vous devez utiliser des cartes d'une épaisseur de 0093 pouce et de 0100 pouce pour soutenir la couche de câblage et la couche d'isolation de mise à la terre. L'épaisseur de la carte doit également être ajustée en fonction des dimensions des plots percés et des caractéristiques de câblage des trous de manière à ce que le rapport d'aspect du diamètre des trous sur l'épaisseur de la carte finie ne dépasse pas le rapport d'aspect des trous métallisés fourni par le fabricant.

Si vous souhaitez concevoir un produit commercial à faible coût et à haut rendement avec un minimum de couches de câblage, vous devez examiner attentivement les détails de câblage de toutes les alimentations dédiées sur un PCB à signal mixte avant de mettre en page ou de câblage. Avant de commencer la mise en page et le câblage, demandez au fabricant cible de revoir le plan de stratification préliminaire. Fondamentalement, la stratification doit être basée sur l'épaisseur du produit fini, le nombre de couches, le poids du cuivre, l'impédance (avec tolérance) et la taille des plus petits Plots et trous percés. Le fabricant doit fournir une recommandation écrite de stratification.

Ce schéma devrait inclure tous les exemples de configuration des lignes à ruban à impédance contrôlée et des lignes à microruban. Vous devez combiner la prédiction d'impédance avec l'impédance du fabricant. Ces prédictions d'impédance sont ensuite utilisées pour vérifier les caractéristiques de câblage du signal dans l'outil de simulation utilisé pour développer les règles de câblage Cao.

Disposition de la carte oc48

Le signal analogique à grande vitesse entre l'émetteur - récepteur optique et le DSP est très sensible aux bruits externes. De même, tous les circuits spéciaux d'alimentation et de tension de référence conduisent également à un grand nombre de couplages entre les circuits analogiques et numériques de transmission de puissance de la carte. Parfois, limités par la forme du châssis, des plaques à haute densité doivent être conçues. La position de l'émetteur - récepteur dans la carte est en grande partie fixe en raison de la position élevée de la carte d'accès au câble optique externe et des dimensions relativement élevées des composants de l'émetteur - récepteur optique. La position et la distribution du signal des connecteurs d'E / s du système sont également fixes. C'est le travail de base qui doit être fait avant la mise en page.

Comme la plupart des schémas de câblage et de mise en page analogiques à haute densité réussis, la mise en page doit répondre aux exigences de câblage et les exigences de mise en page et de câblage doivent être équilibrées. Pour la partie analogique du circuit imprimé à signaux mixtes et pour les cœurs CPU locaux avec une tension de fonctionnement de 2 V, la méthode de « disposition avant câblage» n'est pas recommandée. Pour les cartes oc48, le câblage interactif de la partie du circuit analogique DSP comprenant une tension de référence analogique et un condensateur analogique de dérivation d'alimentation doit d'abord être effectué. Une fois le câblage terminé, l'ensemble du DSP avec les composants analogiques et le câblage doit être placé suffisamment près de l'émetteur - récepteur optique pour garantir de manière adéquate que la longueur de câblage, les courbures et les trous de passage du signal différentiel analogique à grande vitesse au DSP sont les plus courts. La symétrie de la disposition différentielle et du câblage réduira l'impact du bruit de mode commun. Cependant, il est difficile de prévoir le meilleur schéma pour la disposition avant le câblage.

Consultez votre distributeur de puces pour un guide de conception sur la mise en page de PCB. Il est nécessaire de communiquer pleinement avec les ingénieurs d'application du distributeur avant de procéder à la conception conformément aux directives. De nombreux distributeurs de puces ont des contraintes de temps strictes pour fournir des conseils de mise en page de haute qualité. Parfois, les solutions qu’ils proposent sont réalisables pour les « clients de niveau 1 » qui utilisent l’appareil. Dans le domaine de la conception de l'intégrité du signal (si), la conception de l'intégrité du signal pour les nouveaux dispositifs est particulièrement importante. Selon les directives de base du distributeur et en combinaison avec les exigences spécifiques de chaque broche d'alimentation et de mise à la terre dans le package, vous pouvez commencer à configurer et à câbler les cartes oc48 avec DSP et microprocesseur intégrés.