Progettazione PCB - Linee guida per la progettazione di circuiti stampati a segnale misto PCB

Per il design moderno della scheda, il concetto di PCB a segnale misto è relativamente vago, perché anche nei dispositivi puramente "digitali", ci sono ancora circuiti analogici ed effetti analogici. Pertanto, nelle prime fasi della progettazione, al fine di ottenere in modo affidabile una rigorosa assegnazione dei tempi, gli effetti di simulazione devono essere simulati.

Un'altra difficoltà nella progettazione moderna di PCB a segnale misto è che ci sono sempre più dispositivi logici digitali diversi, come GTL, LVTTL, LVCMOS e LVDS logica. La soglia logica e l'oscillazione di tensione di ogni circuito logico sono diversi, ma queste diverse soglie logiche Il circuito con l'oscillazione di tensione deve essere progettato insieme su un PCB. Qui, attraverso un'analisi approfondita del layout e della progettazione del cablaggio di PCB ad alta densità, ad alte prestazioni e a segnale misto, è possibile padroneggiare strategie e tecnologie di successo.

Fondamenti del cablaggio dei circuiti a segnale misto

Quando i circuiti digitali e analogici condividono gli stessi componenti sulla stessa scheda, il layout e il cablaggio del circuito devono essere metodici. La matrice mostrata nella Figura 1 è utile per la progettazione e la pianificazione di PCB a segnale misto. Solo rivelando le caratteristiche dei circuiti digitali e analogici è possibile raggiungere gli obiettivi di progettazione PCB richiesti nel layout e nel cablaggio effettivi.

Nella progettazione PCB a segnale misto, ci sono requisiti speciali per il cablaggio dell'alimentazione elettrica e il rumore analogico e il rumore del circuito digitale devono essere isolati l'uno dall'altro per evitare l'accoppiamento del rumore. Di conseguenza, aumenta la complessità del layout e del cablaggio. I requisiti speciali per le linee di trasmissione di energia e l'esigenza di isolare l'accoppiamento acustico tra circuiti analogici e digitali hanno ulteriormente aumentato la complessità del layout e del cablaggio dei PCB a segnale misto.

Layout e routing del moderno PCB a segnale misto

Quanto segue illustrerà la tecnologia del layout e del routing PCB a segnale misto attraverso la progettazione della scheda di interfaccia OC48. OC48 sta per Optical Carrier Standard 48, che è fondamentalmente orientato alla comunicazione ottica seriale 2.5Gb. È uno degli standard di comunicazione ottica ad alta capacità nelle moderne apparecchiature di comunicazione. La scheda di interfaccia OC48 contiene diversi tipici layout PCB a segnale misto e problemi di cablaggio. Il layout e il processo di cablaggio specificheranno la sequenza e i passaggi per risolvere lo schema di layout PCB a segnale misto.

La scheda OC48 contiene un ricetrasmettitore ottico che realizza la conversione bidirezionale di segnali ottici e segnali elettrici analogici. Processore di segnale digitale di ingresso o uscita del segnale analogico, DSP converte questi segnali analogici in livelli logici digitali, che possono essere collegati con microprocessore, array di gate programmabile, DSP e circuito di interfaccia del sistema a microprocessore sulla scheda OC48. Sono integrati anche il ciclo indipendente a blocco di fase, il filtro di alimentazione e la sorgente di tensione locale di riferimento.

Tra questi, il microprocessore è un dispositivo multi-potenza, la potenza principale è 2V e l'alimentazione del segnale I/O 3.3V è condivisa da altri dispositivi digitali sulla scheda. Sorgente digitale indipendente fornisce clock per OC48 I/O, microprocessore e sistema I/O.

Schede OC48

Il segnale analogico ad alta velocità tra il ricetrasmettitore ottico e il DSP è molto sensibile al rumore esterno. Allo stesso modo, tutti i circuiti speciali di alimentazione e tensione di riferimento causano anche un sacco di accoppiamento tra i circuiti analogici e digitali di trasmissione di potenza della scheda. A volte, limitata dalla forma del telaio, una scheda ad alta densità deve essere progettata. A causa dell'alta posizione della scheda di accesso del cavo ottico esterno e della dimensione relativamente elevata del componente del ricetrasmettitore ottico, la posizione del ricetrasmettitore nella scheda è in gran parte fissa. Anche la posizione del connettore I/O del sistema e la distribuzione del segnale sono fisse. Questo è il lavoro di base che deve essere completato prima del layout.

Come la maggior parte degli schemi di routing e layout analogici ad alta densità di successo, il layout deve soddisfare i requisiti di routing e i requisiti di layout e routing devono essere bilanciati. Per la parte analogica di un PCB a segnale misto e di un nucleo CPU locale con una tensione operativa 2V, non è consigliabile utilizzare il metodo "layout prima del cablaggio". Per la scheda OC48, la parte del circuito analogico DSP compresa la tensione di riferimento analogica e il condensatore di bypass analogico dell'alimentazione dovrebbe essere cablata interattivamente prima. Dopo aver completato il cablaggio, l'intero DSP con componenti analogici e cablaggio dovrebbe essere posizionato abbastanza vicino al ricetrasmettitore ottico per garantire pienamente la lunghezza di cablaggio più breve, piegatura e vias dal segnale differenziale analogico ad alta velocità al DSP. La simmetria del layout differenziale e del routing ridurrà l'impatto del rumore in modalità comune. Tuttavia, è difficile prevedere il piano migliore per il layout prima del routing.

Consultare il distributore di chip per le linee guida di progettazione per il layout PCB. Prima di progettare in conformità con le linee guida, è necessario comunicare pienamente con l'application engineer del distributore. Molti distributori di chip hanno rigidi vincoli di tempo per fornire raccomandazioni di layout di alta qualità. A volte, le soluzioni che forniscono sono fattibili per i "clienti di primo livello" che utilizzano il dispositivo. Nel campo della progettazione dell'integrità del segnale (SI), la progettazione dell'integrità del segnale di nuovi dispositivi è particolarmente importante. Secondo le linee guida di base del distributore e combinate con i requisiti specifici di ogni pin di alimentazione e di massa nella confezione, è possibile iniziare a disegnare e instradare la scheda OC48 con DSP e microprocessore integrati.

Dopo aver determinato la posizione e il cablaggio della parte analogica ad alta frequenza, i restanti circuiti digitali possono essere posizionati secondo il metodo di raggruppamento mostrato nel diagramma a blocchi. Prestare attenzione a progettare attentamente i seguenti circuiti: la posizione del circuito filtro di alimentazione PLL nella CPU con alta sensibilità ai segnali analogici; il regolatore di tensione locale del nucleo della CPU; il circuito di tensione di riferimento per il microprocessore "digitale".

Le linee guida elettriche e di produzione per il cablaggio digitale possono essere applicate correttamente alla progettazione in questo momento. Il suddetto design dell'integrità del segnale del segnale digitale ad alta velocità del bus e del segnale dell'orologio rivela alcuni requisiti speciali di topologia del cablaggio per il bus del processore, T bilanciati e corrispondenza del ritardo temporale di determinati cavi del segnale dell'orologio. Ma forse non sapete, alcune persone hanno anche presentato un suggerimento aggiornato, cioè di aumentare un numero di resistenze di terminazione.

Nel processo di risoluzione del problema, è naturale apportare alcune modifiche nella fase di layout. Tuttavia, prima di iniziare il cablaggio, un passo molto importante è verificare la tempistica della parte digitale in conformità con il piano di layout. In questo momento, una revisione completa del layout DFM/DFT della scheda aiuterà a garantire che la scheda soddisfi le esigenze dei clienti.

Cablaggio digitale della scheda OC48

Per le linee elettriche dei dispositivi digitali e la parte digitale del DSP a segnale misto, il cablaggio digitale dovrebbe iniziare con modelli di fuga SMD. Utilizzare la linea di stampa più corta e più ampia consentita dal processo di assemblaggio. Per i dispositivi ad alta frequenza, le linee stampate dell'alimentazione elettrica sono equivalenti a piccole induttanze, che peggioreranno il rumore dell'alimentazione elettrica e causeranno l'accoppiamento indesiderato tra circuiti analogici e digitali. Più lunga è la traccia di potenza, maggiore è l'induttanza.

Utilizzando condensatori digitali bypass può ottenere il miglior layout e schema di routing. In breve, regolare la posizione del condensatore bypass come necessario per renderlo facile da installare e distribuire intorno ai componenti digitali e ai componenti a segnale misto. Utilizzare lo stesso metodo "traccia più breve e più ampia" per instradare il condensatore bypass.

Riassuma

Dopo il completamento della scheda di layout della scheda OC48, sono necessarie la verifica dell'integrità del segnale e la simulazione della tempistica. La simulazione dimostra che la guida di cablaggio soddisfa i requisiti previsti e migliora gli indicatori di temporizzazione del bus di secondo livello. Infine, il controllo della regola di progettazione, la revisione finale della produzione, la fotomaschera e la revisione vengono eseguiti e rilasciati al produttore della fabbrica di circuiti stampati PCB, quindi il compito di layout della scheda è ufficialmente terminato.