Progettazione PCB - Progettazione di circuiti stampati ad alta velocità basata su PROTEL

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Discutere alcuni principi relativi al layout e al cablaggio che devono essere prestati attenzione nel processo di utilizzo del software di progettazione PROTEL per realizzare la progettazione di PCB a circuito ad alta velocità e fornire alcune pratiche e comprovate tecniche di layout e cablaggio del circuito ad alta velocità per migliorare l'affidabilità della progettazione del circuito ad alta velocità Sesso ed efficacia. I risultati mostrano che il design abbrevia il ciclo di sviluppo del prodotto e migliora la competitività del mercato.

1 Questioni sollevate

Con l'aumento su larga scala della complessità di progettazione e dell'integrazione dei sistemi elettronici, le velocità di clock e i tempi di aumento del dispositivo stanno diventando sempre più veloci e la progettazione di circuiti ad alta velocità è diventata una parte importante del processo di progettazione. Nella progettazione del circuito ad alta velocità, l'induttanza e la capacità sul circuito stampato renderanno il filo equivalente a una linea di trasmissione. La disposizione errata dei componenti di terminazione o il cablaggio errato dei segnali ad alta velocità causeranno problemi di effetto della linea di trasmissione, che causeranno al sistema l'uscita di dati errati e il circuito non funziona correttamente o addirittura non funziona affatto. Sulla base del modello della linea di trasmissione, per riassumere, la linea di trasmissione porterà effetti avversi come riflessione del segnale, crosstalk, interferenze elettromagnetiche, alimentazione elettrica e rumore di terra alla progettazione del circuito.

Al fine di progettare un circuito stampato PCB ad alta velocità che possa funzionare in modo affidabile, è necessario considerare completamente e attentamente la progettazione, risolvere alcuni problemi inaffidabili che possono sorgere durante il layout, abbreviare il ciclo di sviluppo del prodotto e migliorare la competitività del mercato.

2 Progettazione di layout del sistema ad alta frequenza

Nella progettazione PCB del circuito, il layout è un collegamento importante e il risultato del layout influenzerà direttamente l'effetto del cablaggio e l'affidabilità del sistema, che è il più dispendioso e difficile nell'intero design del circuito stampato. L'ambiente complesso del PCB ad alta frequenza rende la progettazione del layout del sistema ad alta frequenza difficile da utilizzare le conoscenze teoriche apprese. Richiede che la persona che stende deve avere una ricca esperienza nella produzione di PCB ad alta velocità, in modo da evitare deviazioni nel processo di progettazione. Migliorare l'affidabilità e l'efficacia del lavoro del circuito. Nel processo di layout, dovrebbe essere data una considerazione completa alla struttura meccanica, alla dissipazione del calore, alle interferenze elettromagnetiche, alla convenienza del cablaggio futuro e all'estetica.

Prima di tutto, prima del layout, l'intero circuito è diviso in funzioni. Il circuito ad alta frequenza è separato dal circuito a bassa frequenza e il circuito analogico e il circuito digitale sono separati. Ogni circuito funzionale è posizionato il più vicino possibile al centro del chip. Evitare il ritardo di trasmissione causato da fili eccessivamente lunghi e migliorare l'effetto di disaccoppiamento dei condensatori. Inoltre, prestare attenzione alle posizioni e alle direzioni relative tra i perni e i componenti del circuito e altri tubi per ridurre la loro influenza reciproca. Tutti i componenti ad alta frequenza dovrebbero essere lontani dal telaio e da altre piastre metalliche per ridurre l'accoppiamento parassitario.

In secondo luogo, occorre prestare attenzione agli effetti termici ed elettromagnetici tra i componenti durante il layout PCB. Questi effetti sono particolarmente gravi per i sistemi ad alta frequenza e devono essere adottate misure quali distanza o isolamento, dissipazione del calore e schermatura. Il tubo raddrizzatore ad alta potenza e il tubo di regolazione devono essere dotati di un radiatore e tenuti lontani dal trasformatore. I componenti resistenti al calore come i condensatori elettrolitici dovrebbero essere tenuti lontani dai componenti di riscaldamento, altrimenti l'elettrolita verrà asciugato, con conseguente aumento della resistenza e scarse prestazioni, che influenzeranno la stabilità del circuito.

Infine, pur garantendo la qualità e l'affidabilità intrinseca, tenendo conto della bellezza generale, dovrebbe essere effettuata una pianificazione ragionevole del circuito stampato. I componenti devono essere paralleli o perpendicolari alla superficie della scheda e paralleli o perpendicolari al bordo principale della scheda. La distribuzione dei componenti sulla superficie della scheda deve essere il più uniforme possibile e la densità deve essere coerente. In questo modo, non è solo bello, ma anche facile da assemblare e saldare ed è facile da produrre in serie.

3 Cablaggio del sistema ad alta frequenza

Nei circuiti ad alta frequenza, i parametri di distribuzione di resistenza, capacità, induttanza e induttanza reciproca dei fili di collegamento non possono essere ignorati. Dal punto di vista dell'anti-interferenza, cablaggio ragionevole è cercare di ridurre la resistenza della linea, la capacità distribuita e l'induttanza vaga nel circuito., Il campo magnetico randagio risultante è ridotto al minimo, in modo che la capacità distribuita, il flusso magnetico di perdita, l'induttanza elettromagnetica reciproca e altre interferenze causate dal rumore siano soppresse.

Di seguito vengono presentate alcune funzioni speciali che lo strumento PROTEL99 SE può fornire.

(1) Il cavo tra i perni del dispositivo del circuito ad alta frequenza dovrebbe essere piegato il meno possibile. È meglio utilizzare una linea retta completa. Quando è richiesta la flessione, una linea di piegatura di 45° o un arco circolare può essere utilizzato per ridurre l'emissione esterna e l'interferenza reciproca dei segnali ad alta frequenza. L'accoppiamento tra di loro. Quando si utilizza il cablaggio PROTEL, è possibile selezionare 45 gradi o Arrotondati nella sezione "Routing Corners" del menu "Design". È inoltre possibile utilizzare i tasti shift + spazio per passare rapidamente tra le linee.

(2) Più corto è il cavo tra i pin del dispositivo del circuito ad alta frequenza, meglio è.

Il modo più efficace per PROTEL 99 per soddisfare il cablaggio più breve è fissare un appuntamento di cablaggio per singole reti ad alta velocità chiave prima del cablaggio automatico. Selezionare il più breve in "Topologia Routing" nel menu "Design" regole".

(3) L'alternanza degli strati di piombo tra i pin dei dispositivi del circuito ad alta frequenza è il più piccolo possibile. Cioè, meno vias utilizzati nel processo di connessione dei componenti, meglio è.

(4) Per il cablaggio del circuito ad alta frequenza, prestare attenzione alla "interferenza trasversale" introdotta dal cablaggio parallelo della linea del segnale, cioè crosstalk. Se la distribuzione parallela è inevitabile, una grande area di "terra" può essere disposta sul lato opposto della linea di segnale parallela

4 Progettazione del cavo di alimentazione e del cavo di massa

Per risolvere la caduta di tensione causata dal rumore dell'alimentazione elettrica e dall'impedenza della linea introdotta dal circuito ad alta frequenza, l'affidabilità del sistema di alimentazione nel circuito ad alta frequenza deve essere pienamente considerata. Ci sono generalmente due soluzioni: una è quella di utilizzare la tecnologia bus di alimentazione per il cablaggio; l'altro è quello di utilizzare uno strato di alimentazione separato. In confronto, il processo di produzione di quest'ultimo è più complicato e il costo è più costoso. Pertanto, la tecnologia bus di alimentazione di tipo di rete può essere utilizzata per il cablaggio, in modo che ogni componente appartenga a un ciclo diverso e la corrente su ogni bus sulla rete tende ad essere bilanciata, riducendo la caduta di tensione causata dall'impedenza della linea.

5 Altre tecniche di progettazione di circuiti ad alta velocità

Il crosstalk si riferisce all'interferenza indesiderata del rumore di tensione causata dall'accoppiamento elettromagnetico alle linee di trasmissione adiacenti quando il segnale si propaga sulla linea di trasmissione. L'accoppiamento è diviso in accoppiamento capacitivo e accoppiamento induttivo. Un eccessivo crosstalk può causare un falso innesco del circuito e causare il malfunzionamento del sistema. Secondo alcune caratteristiche del crosstalk, diversi metodi principali per ridurre il crosstalk possono essere riassunti:

(1) Aumentare la spaziatura della linea, ridurre la lunghezza parallela e utilizzare il metodo jog per il cablaggio, se necessario.

(2) Quando le linee di segnale ad alta velocità soddisfano le condizioni, l'aggiunta di corrispondenza di terminazione può ridurre o eliminare i riflessi, riducendo così il crosstalk.

(3) Per le linee di trasmissione microtrip e le linee di trasmissione a strisce, limitare l'altezza della traccia all'interno della gamma del piano di terra può ridurre significativamente la conversazione incrociata.

L'uso di linee differenziali per trasmettere segnali digitali è una misura efficace per controllare i fattori che distruggono l'integrità del segnale nei circuiti digitali ad alta velocità. La linea differenziale sul circuito stampato è equivalente a una coppia differenziale di linea di trasmissione integrata a microonde che funziona in modalità quasi-TEM. Tra questi, la linea differenziale sulla parte superiore o inferiore del PCB è equivalente alla linea microtrip accoppiata e si trova nello strato interno del PCB multistrato La linea differenziale è equivalente a una linea di striscia accoppiata a lato.