Technologie PCB - Comment garantir la qualité de la conception de PCB DSP

Au fur et à mesure que l'intégration de la puce augmente, le nombre de broches de la puce augmente et le boîtier des dispositifs change constamment, de DIP à osop, de SOP à pqfp, de pqfp à BGA. Les dispositifs de la série tms320c6000 sont livrés dans un boîtier BGA. En ce qui concerne les applications de circuit, les boîtiers BGA se caractérisent par un taux de réussite élevé, un faible taux de réparation et une grande fiabilité. Ses applications sont de plus en plus répandues. Cependant, comme le boîtier BGA appartient au boîtier de puce à grille sphérique, il est en cours de développement. La mise en œuvre physique du système, c'est - à - dire la conception au niveau de la carte, implique de nombreuses techniques de conception de circuits numériques à grande vitesse.

Dans les systèmes à grande vitesse, la génération de nuisances sonores est le premier facteur d'influence. Les circuits PCB haute fréquence produisent également des radiations et des collisions, tandis que des vitesses de bord plus rapides créent des sonneries, des réflexions et de la diaphonie. Les cartes conçues ne fonctionneront pas correctement sans tenir compte des particularités de la disposition et du câblage des signaux à grande vitesse. Par conséquent, le succès de la conception de cartes PCB est un lien très critique dans le processus de conception de circuits DSP.

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

Dans la conception de la carte PCB pour les systèmes DSP haute vitesse, la première chose à considérer est 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 nécessaire d'ajouter une certaine capacité raisonnablement répartie 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

Plan d'alimentation analogique et numérique indépendant

Les éléments analogiques haute vitesse et haute précision sont 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; Du côté de l'émission de l'horloge doit être connecté en série une résistance d'amortissement de 22 - 220 îles. 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. Lorsque la complexité, le coût et le volume du système sont tous supportables, la conception anti - interférence matérielle est privilégiée. Les techniques anti - interférence matérielles couramment utilisées peuvent être résumées dans les catégories suivantes:

(1) Filtrage matériel: le filtre RC peut considérablement affaiblir divers signaux d'interférence 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 le système de circuit numérique et analogique à grande vitesse, il est très important d'avoir une couche de mise à la terre à faible impédance et à grande surface. 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: l'alimentation en courant alternatif, l'alimentation à haute fréquence, les équipements électriques puissants et les étincelles électriques générées par l'arc électrique produiront des ondes électromagnétiques et deviendront une source de bruit pour les interférences électromagnétiques. Le dispositif décrit ci - dessus peut être entouré d'un boîtier métallique et mis à la terre. Ceci est très efficace pour masquer les perturbations causées par l'induction électromagnétique.

(4) isolation photoélectrique: l'isolateur photoélectrique peut éviter efficacement les interférences mutuelles entre les différentes cartes de circuit imprimé. Les isolateurs optoélectroniques à grande vitesse sont généralement utilisés pour l'interface des DSP et d'autres appareils tels que les capteurs, les interrupteurs, etc.

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) set Trap: définit une partie du Programme d'amorçage dans une zone de programme inutilisée. Lorsqu'un programme saute dans cette zone en raison d'interférences, le Programme d'amorçage force le 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 de non - fonctionnement 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 de DSP est perturbé par l'emballement du programme.

(4) réglage du temps de chien de garde: si un programme hors de contrôle entre dans une « boucle sans fin», la technique du « chien de garde» est souvent utilisée pour sortir le programme de la « boucle sans fin». Le principe est d'utiliser une minuterie qui génère des impulsions en fonction d'une période définie. Si vous ne voulez pas générer cette impulsion, le DSP devrait effacer la minuterie pour un temps inférieur à la période définie; Mais quand le programme DSP est en cours d'exécution, il ne l'est pas. La minuterie sera effacée au besoin et les impulsions générées par la minuterie seront utilisées comme signaux de Réinitialisation DSP pour réinitialiser et initialiser à nouveau le DSP.

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. Les mesures suivantes peuvent être prises pour remédier à cette interférence électromagnétique mutuelle entre les signaux:

1. Choisissez une largeur de ligne raisonnable

Les perturbations de choc engendrées par les courants transitoires sur les lignes imprimées sont principalement causées par l'inductance des lignes imprimées, dont l'inductance est directement proportionnelle à la longueur et inversement proportionnelle à la largeur des lignes imprimées. 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 du fil imprimé est comprise entre 0,2 mm et 1,0 mm.

2. Structure de câblage en forme de grille avec des mots de puits.

La méthode spécifique consiste à câbler horizontalement sur la première 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. Comment améliorer la qualité du signal est très important. Ainsi, la bonne performance du système est inextricablement liée à la qualité de la carte PCB du concepteur.