Technologie PCB - Méthodes et compétences en conception de PCB 1

Comment choisir une carte PCB

1. Le choix de la carte PCB doit trouver un équilibre entre la satisfaction des exigences de conception et la production de masse et le coût. Les exigences de conception comprennent les parties électriques et mécaniques. Ce problème de matériau est souvent plus important lors de la conception de cartes PCB à très haute vitesse (fréquences supérieures à GHz). Par example, pour un matériau fr - 4 couramment utilisé, les pertes diélectriques à des fréquences de quelques GHz auront une grande influence sur l'atténuation du signal et peuvent ne pas convenir. En ce qui concerne l'électricité, Notez si la constante diélectrique et les pertes diélectriques conviennent à la fréquence de conception.

2. Comment éviter les interférences à haute fréquence?

L'idée de base pour éviter les interférences à haute fréquence est de minimiser les interférences des champs électromagnétiques des signaux à haute fréquence, c'est ce qu'on appelle la diaphonie (Crosstalk). Il est possible d'augmenter la distance entre le signal à grande vitesse et le signal analogique, ou d'ajouter des traces de protection / shunt à la terre en plus du signal analogique. Notez également les interférences de bruit de la mise à la terre numérique sur la mise à la terre analogique.

3. Comment résoudre les problèmes d'intégrité du signal dans la conception à grande vitesse?

L'intégrité du signal est essentiellement une question d'adaptation d'impédance. Les facteurs qui influencent l'adaptation d'impédance comprennent la structure et l'impédance de sortie de la source de signal, l'impédance caractéristique de la trace, les caractéristiques du côté de la charge et la topologie de la trace. La solution est de terminer (terminaison) et d'ajuster la topologie du câblage.

4. Comment la méthode de câblage différentiel est - elle réalisée?

Il y a deux points à noter dans la disposition des paires différentielles. L'un est que la longueur des deux fils doit être aussi longue que possible et l'autre est que la distance entre les deux fils (cette distance étant déterminée par l'impédance différentielle) doit rester constante, c'est - à - dire rester parallèle. Il y a deux façons parallèles, l'une où deux fils circulent côte à côte sur la même couche, l'autre où ces deux fils circulent sur deux couches adjacentes, supérieure et inférieure (supérieure et inférieure). En général, le premier a plus d'implémentations parallèles.

5. Pour une ligne de signal d'horloge avec un seul terminal de sortie, comment réaliser une ligne de distribution différentielle?

Pour utiliser une ligne de distribution différentielle, il est logique que la source et la réception du signal soient des signaux différentiels. Il n'est donc pas possible d'utiliser une ligne de distribution différentielle pour un signal d'horloge n'ayant qu'une seule borne de sortie.

6. Est - il possible d'ajouter une résistance d'adaptation entre les paires de lignes différentielles à la réception?

La résistance d'adaptation entre les paires de lignes différentielles en réception est généralement Additive et sa valeur doit être égale à celle de l'impédance différentielle. La qualité du signal sera meilleure de cette façon.

7. Pourquoi le câblage de la paire différentielle devrait - il être le plus proche et parallèle?

La méthode de câblage de la paire différentielle doit être convenablement proche et parallèle. La distance dite appropriée est due au fait que la distance affecte la valeur de l'impédance différentielle, qui est un paramètre important dans la conception d'une paire différentielle. Le parallélisme est également nécessaire pour maintenir la cohérence de l'impédance différentielle. Si les deux lignes sont soudainement proches et éloignées, l'impédance différentielle ne sera pas cohérente, ce qui affectera l'intégrité du signal et le retard temporel.

8, comment gérer certains conflits théoriques dans le câblage réel

1. Fondamentalement, il est correct de diviser et d'isoler la mise à la terre analogique / numérique. Il est important de noter que les traces de signal doivent autant que possible ne pas traverser les endroits divisés (douves) et que les chemins de retour de l'alimentation et du signal ne doivent pas être surdimensionnés.

2. L'oscillateur à cristal est un circuit oscillant analogique à rétroaction positive. Pour avoir un signal oscillant stable, il doit répondre aux spécifications de gain et de phase de la boucle. Les spécifications d'oscillation de ce signal analogique sont facilement perturbées. Même si des traces de protection de la terre sont ajoutées, il est possible que les interférences ne soient pas complètement isolées. Si la distance est trop grande, le bruit sur le plan du sol peut également affecter le circuit oscillant à rétroaction positive. La distance entre l'oscillateur à cristal et la puce doit donc être la plus proche possible.

3. Il y a vraiment beaucoup de conflits entre le câblage à grande vitesse et les exigences EMI. Mais le principe de base est que l'augmentation de la résistance et de la capacité de l'EMI ou des billes magnétiques de ferrite n'entraîne pas que certaines caractéristiques électriques du signal ne soient pas conformes aux spécifications. Par conséquent, il est préférable d'utiliser les compétences d'alignement des traces et des empilements de PCB pour résoudre ou réduire les problèmes EMI, tels que les signaux à grande vitesse entrant dans la couche interne. Enfin, la méthode de la capacité résistive ou des billes magnétiques de ferrite est utilisée pour réduire les dommages au signal.

9, comment résoudre la contradiction entre le câblage Manuel du signal à grande vitesse et le câblage automatique?

Maintenant, les routeurs automatiques de la plupart des logiciels de câblage fort ont mis en place des contraintes pour contrôler la méthode d'enroulement et le nombre de pores. Les capacités du moteur d'enroulement et les projets de fixation des contraintes varient parfois considérablement d'une société EDA à l'autre. Par exemple, s'il y a suffisamment de contraintes pour contrôler la façon dont le serpentin est enroulé, s'il est possible de contrôler l'espacement des traces des paires différentielles, etc. cela affectera si la méthode de câblage pour le câblage automatique est conforme à l'idée du concepteur. De plus, la difficulté d'ajuster manuellement le câblage est également absolument liée à la capacité de la bobineuse. Par exemple, la capacité de pousser des traces, la capacité de pousser à travers les trous, ou même la capacité de pousser des traces sur le revêtement de cuivre, etc. le choix d'un routeur avec de puissantes capacités de moteur de bobinage est donc la solution.

10. Concernant l'échantillon d'essai.

La Feuille de test est utilisée pour mesurer avec TDR (Time Domain Reflectometer) Si l'impédance caractéristique de la carte PCB produite est conforme aux exigences de conception. En général, il existe deux cas d'impédance à contrôler: une seule ligne et une paire différentielle. Par conséquent, la largeur des lignes et l'espacement des lignes (lorsqu'il y a des paires différentielles) sur l'échantillon doivent être les mêmes que les lignes à contrôler. Le plus important est l'emplacement du lieu de prise de contact pendant la mesure. Pour réduire l'inductance de la ligne de terre, la position de mise à la terre de la sonde TDR est généralement très proche de la pointe de la sonde. La distance et la méthode entre le point de mesure du signal et le point de mise à la terre sur l'échantillon doivent donc être adaptées à la sonde utilisée.

11. Dans la conception de PCB à grande vitesse, la zone vierge de la couche de signal peut être recouverte de cuivre, comment le revêtement de cuivre de plusieurs couches de signal devrait - il être réparti sur le sol et l'alimentation?

En général, le revêtement de cuivre dans les zones vierges est principalement mis à la terre. Lorsque vous appliquez du cuivre à côté d'une ligne de signal à grande vitesse, faites simplement attention à la distance entre le cuivre et la ligne de signal, car le cuivre appliqué réduit légèrement l'impédance caractéristique de la trace. Veillez également à ne pas affecter l'impédance caractéristique des autres couches, par example dans la structure d'une ligne bi - ruban.

12. Est - il possible d’utiliser un modèle de ligne microruban pour calculer l’impédance caractéristique d’une ligne de signal sur le plan de puissance? Est - il possible d'utiliser un modèle à ruban pour calculer le signal entre l'alimentation et le plan de masse?

Oui, le plan d'alimentation et le plan de masse doivent être considérés comme des plans de référence lors du calcul de l'impédance caractéristique. Par exemple, un panneau à quatre couches: la couche d'alimentation supérieure est mise à la terre. A ce stade, le modèle d'impédance caractéristique de la couche supérieure est un modèle de ligne microruban avec le plan de puissance comme plan de référence.

13. Dans des conditions normales, le logiciel sur les cartes imprimées haute densité peut - il générer automatiquement des points de test pour répondre aux exigences de test de la production de masse?

En règle générale, le fait que le logiciel génère automatiquement des points de test pour répondre aux exigences de test dépend de la conformité de la spécification à laquelle le point de test a été ajouté avec les exigences de l'équipement de test. En outre, si le câblage est trop dense et que les spécifications pour l'ajout de points de test sont strictes, il peut ne pas être possible d'ajouter automatiquement des points de test à chaque segment de ligne. Bien sûr, vous devrez remplir manuellement l'emplacement que vous souhaitez tester.

14. L'ajout de points de test affecte - t - il la qualité du signal à grande vitesse?

Que cela affecte ou non la qualité du signal dépend de la méthode d'ajout des points de test et de la vitesse du signal. Fondamentalement, il est possible d'ajouter des points de test supplémentaires sur la ligne (sans utiliser les broches de perçage ou DIP existantes comme points de test) ou de tirer une courte ligne de la ligne. Le premier équivaut à ajouter un petit condensateur à la ligne, tandis que le second est une branche supplémentaire. Les deux cas ont plus ou moins d'effet sur les signaux à grande vitesse, l'ampleur de l'effet étant liée à la vitesse fréquentielle du signal et à la vitesse de bord du signal. La taille de l'impact peut être connue par simulation. En principe, plus le point de test est petit, mieux c'est (bien sûr, il doit répondre aux exigences de l'outil de test) et plus la branche est courte, mieux c'est.

15. Plusieurs PCB forment un système, comment les lignes de terre entre les plaques devraient - elles être connectées?

Lorsque les signaux ou les sources d'alimentation entre chaque carte PCB sont interconnectés, par exemple lorsque la carte a a une source d'alimentation ou qu'un signal est envoyé à la carte B, une quantité égale de courant doit circuler de la terre vers la carte a (c'est la loi de kirchoff sur le courant). Le courant sur ce sol trouvera un retour là où l'impédance est minimale. Ainsi, sur chaque interface, qu'il s'agisse d'une interconnexion d'alimentation ou d'une interconnexion de signaux, le nombre de broches allouées à la couche de terre ne doit pas être trop faible pour réduire l'impédance, ce qui permet de réduire le bruit sur la couche de terre. De plus, vous pouvez analyser toute la boucle de courant, en particulier les parties où le courant est plus important, et ajuster la connexion de la couche de terre ou du fil de terre pour contrôler le flux de courant (par exemple, faire une faible impédance quelque part pour que la majeure partie du courant circule quelque part à partir de ce go) afin de réduire l'impact sur d'autres signaux plus sensibles.

16. Pouvez - vous présenter des livres et des documents techniques étrangers sur la conception de PCB à grande vitesse?

Actuellement, les circuits numériques à haut débit sont utilisés dans des domaines connexes tels que les réseaux de communication et les ordinateurs. En ce qui concerne les réseaux de communication, la carte PCB fonctionne déjà à des fréquences allant jusqu'à GHz, avec un nombre de couches allant jusqu'à 40, à ma connaissance. Les applications informatiques sont également dues aux progrès des puces, qu'il s'agisse d'un PC universel ou d'un serveur (serveur), où les fréquences de fonctionnement les plus élevées sur la carte ont également atteint plus de 400 MHz (par exemple, Rambus). Pour répondre à la demande de câblage à haute vitesse et à haute densité, les exigences en matière de trous borgnes / trous enterrés, de micro - organismes et de processus d'accumulation ont progressivement augmenté. Ces exigences de conception sont disponibles pour la production de masse par les fabricants.

Voici quelques bons livres techniques:

Howard W. Johnson, « conception numérique à grande vitesse – Manuel de magie noire »;

Stephen H. Hall, « conception de systèmes numériques à grande vitesse »;

3. Brian Yang, & quot; intégrité du signal numérique & quot;

Douglas Brook, « Integrity Problems and Printed Circuit Board Design ».

17. Deux formules d’impédance caractéristique fréquemment citées:

A. microrubans

Z = {87 / [sqrt (ER + 1,41)]} ln [5,98 H / (0,8 w + T)], où W est la largeur de la ligne, t est l'épaisseur de cuivre de la trace, H est la distance de la trace au plan de référence et ER est la constante diélectrique du matériau PCB. Cette formule doit être appliquée lorsque 0,1 < (W / h) < 2,0 et 1 < (ER) < 15.

B. ligne de ruban

Z = [60 / sqrt (ER)] ln {4h / [0,67 \ (t + 0,8 w)]}, où H est la distance entre les deux plans de référence et la trace est située au milieu des deux plans de référence. Cette formule doit être appliquée lorsque W / h < 0,35 et t / h < 0,25.

18. Est - il possible d'ajouter une ligne de masse au milieu de la ligne de signal différentiel?

Il n'est généralement pas possible d'ajouter une ligne de terre au milieu du signal différentiel. Parce que l'un des points les plus importants du principe d'application des signaux différentiels est d'utiliser les avantages du couplage entre les signaux différentiels, tels que l'annulation de flux et la résistance au bruit. Si vous ajoutez une ligne de terre au milieu, vous détruisez l'effet de couplage.

19. La conception de plaques flexibles rigides nécessite - t - elle un logiciel de conception et des spécifications spéciales? Où pouvons - nous faire un tel traitement de carte en Chine?

Vous pouvez utiliser le logiciel de conception de PCB universel pour concevoir des circuits imprimés flexibles (circuits imprimés flexibles). Il est également produit au format gerber par les fabricants de FPC. Étant donné que le processus de fabrication est différent de celui des PCB en général, différents fabricants imposeront des limites sur la largeur minimale des lignes, l'espacement minimal des lignes et les porosités minimales en fonction de leur capacité de fabrication. En outre, il peut également être renforcé par la pose d'une certaine peau de cuivre au point d'inflexion de la carte de circuit flexible. En ce qui concerne les fabricants, vous pouvez trouver "FPC" comme requête de mot clé sur Internet.

20. Quel est le principe du bon choix du point de mise à la terre entre le PCB et le boîtier?

Le principe du choix des emplacements de mise à la masse du PCB et du boîtier est d'utiliser la mise à la terre du châssis pour fournir un chemin de faible impédance au courant de retour et contrôler le chemin du courant de retour. Par example, typiquement à proximité d'un dispositif haute fréquence ou d'un générateur d'horloge, on peut utiliser des vis de fixation pour relier la couche de masse du PCB à la masse du châssis afin de minimiser la surface de l'ensemble de la boucle de courant et de réduire le rayonnement électromagnétique.