Progettazione PCB - Analisi di progettazione di affidabilità della scheda PCB nel sistema DSP

Con l'uso di dispositivi ad alta velocità, ci saranno sempre più progetti di sistemi DSP ad alta velocità (elaborazione digitale del segnale) e problemi di elaborazione del segnale nei sistemi di applicazione DSP ad alta velocità è diventato un importante problema di progettazione. In questo design, la sua caratteristica è che la velocità dei dati di sistema, la velocità di clock e la densità del circuito aumentano costantemente e il design della sua scheda PCB mostra caratteristiche di comportamento completamente diverse dal design a bassa velocità, cioè si verificano problemi di integrità del segnale e problemi di interferenza aggravati., Problemi di compatibilità elettromagnetica, ecc.

Questi problemi possono causare o causare direttamente distorsioni del segnale, errori di temporizzazione, dati errati, indirizzi e linee di controllo, errori di sistema e persino crash del sistema. La loro mancata risoluzione influenzerà seriamente le prestazioni del sistema e porterà perdite incommensurabili. Il metodo per risolvere questi problemi dipende principalmente dalla progettazione del circuito. Pertanto, la qualità di progettazione della scheda PCB è molto importante. È l'unico modo per trasformare il concetto di design ottimale in realtà. Di seguito vengono discussi diversi problemi a cui dovrebbe essere prestata attenzione nella progettazione di affidabilità delle schede PCB nei sistemi DSP ad alta velocità.

1. Progettazione dell'alimentazione elettrica

La progettazione ad alta velocità della scheda PCB del sistema DSP deve innanzitutto considerare il problema di progettazione dell'alimentazione elettrica. Nella progettazione dell'alimentazione elettrica, i seguenti metodi sono solitamente utilizzati per risolvere i problemi di integrità del segnale.

1. Considerare il disaccoppiamento di potenza e terra

Indipendentemente dal fatto che il circuito stampato abbia uno strato di terra dedicato e uno strato di alimentazione, tra l'alimentazione e il terreno deve essere aggiunto un condensatore determinato e ragionevolmente distribuito. Al fine di risparmiare spazio e ridurre il numero di fori passanti, si consiglia di utilizzare più condensatori chip. Il condensatore del chip può essere posizionato sul retro della scheda PCB, cioè sulla superficie di saldatura.

Il condensatore del chip è collegato al foro passante con un cavo largo e collegato all'alimentazione elettrica e al terreno attraverso il foro passante.

2. Regole di cablaggio considerando la distribuzione dell'energia

livelli di alimentazione analogici e digitali separati

I componenti analogici ad alta velocità e ad alta precisione sono molto sensibili ai segnali digitali. Ad esempio, l'amplificatore amplificherà il rumore di commutazione per renderlo vicino al segnale di impulso, quindi le parti analogiche e digitali della scheda, lo strato di potenza è generalmente richiesto di essere separato.

3. Isolare i segnali sensibili

Alcuni segnali sensibili (come gli orologi ad alta frequenza) sono particolarmente sensibili alle interferenze acustiche e devono essere adottate misure di isolamento ad alto livello. L'orologio ad alta frequenza (un orologio superiore a 20MHz, o un orologio con un tempo di capovolgimento inferiore a 5ns) deve avere una scorta di filo di terra, la larghezza della linea dell'orologio dovrebbe essere di almeno 10mil e la larghezza del filo di terra di scorta dovrebbe essere di almeno 20mil. Il foro è in buon contatto con il terreno e ogni 5cm viene perforato per collegarsi con il terreno; una resistenza di smorzamento 22Ω～220Ω deve essere collegata in serie sul lato di invio dell'orologio. Le interferenze causate dal rumore del segnale portato da queste linee possono essere evitate.

2. Software e hardware anti-jamming design

Generalmente, le schede PCB del sistema di applicazione DSP ad alta velocità sono progettate dagli utenti in base ai requisiti specifici del sistema. A causa delle limitate capacità di progettazione e delle condizioni di laboratorio, se non vengono adottate misure anti-interferenza perfette e affidabili, una volta che l'ambiente di lavoro non è ideale, c'è interferenza elettromagnetica causerà disordini del flusso del programma DSP. Quando il normale codice di lavoro del DSP non può essere ripristinato, il programma verrà eseguito o crash, e alcuni componenti potrebbero anche essere danneggiati. Occorre prestare attenzione all'adozione delle corrispondenti misure anti-interferenza.

1. Progettazione anti-interferenza hardware

L'efficienza anti-inceppamento hardware è alta. Quando la complessità del sistema, il costo e il volume sono tollerabili, il design anti-inceppamento hardware è preferito. Le tecnologie anti-jamming hardware comunemente utilizzate possono essere riassunte come segue:

(1) Filtro hardware: Il filtro RC può attenuare notevolmente tutti i tipi di segnali di interferenza ad alta frequenza. Ad esempio, l'interferenza di "bava" può essere soppressa.

(2) Messa a terra ragionevole: progettazione ragionevole del sistema di messa a terra. Per i sistemi di circuiti digitali e analogici ad alta velocità, è importante avere uno strato di messa a terra a bassa impedenza e grande area. Lo strato di terra non solo può fornire un percorso di ritorno a bassa impedenza per le correnti ad alta frequenza, ma anche rendere EMI e RFI più piccoli e ha anche un effetto schermante sulle interferenze esterne. Separare la terra analogica dalla terra digitale durante la progettazione PCB.

(3) Misure di schermatura: potenza CA, potenza ad alta frequenza, apparecchiature ad alta tensione e scintille elettriche generate dagli archi genereranno onde elettromagnetiche e diventeranno fonti di rumore di interferenza elettromagnetica. I gusci metallici possono essere utilizzati per circondare i dispositivi di cui sopra e macinarli. Questa coppia di scudi L'interferenza causata dall'induzione elettromagnetica è molto efficace.

2. Progettazione anti-inceppamento software

L'anti-jamming software ha il vantaggio che l'anti-jamming hardware non può sostituire. Nel sistema di applicazione DSP, la capacità anti-jamming del software dovrebbe anche essere completamente sfruttata per ridurre al minimo l'influenza delle interferenze. Diversi metodi efficaci anti-jamming software sono forniti di seguito.

(1) Filtro digitale: Il rumore del segnale di ingresso analogico può essere eliminato dal filtraggio digitale. Tecniche di filtraggio digitale comunemente utilizzate sono: filtraggio mediano, filtraggio medio aritmetico e così via.

(2) Set trap: impostare una sezione del programma di avvio nell'area del programma inutilizzata. Quando il programma viene disturbato e salta in questa area, il programma di avvio guiderà forzatamente il programma catturato all'indirizzo specificato, e utilizzerà un programma speciale per correggere il programma di errore lì. Per elaborare.

(3) ridondanza delle istruzioni: Inserire due o tre byte di istruzione no-operation NOP dopo l'istruzione a due byte e l'istruzione a tre byte, che può impedire che il programma venga automaticamente portato nella pista giusta quando il sistema DSP è disturbato dal programma in esecuzione.

Tre, progettazione di compatibilità elettromagnetica

La compatibilità elettromagnetica si riferisce alla capacità delle apparecchiature elettroniche di funzionare normalmente in un ambiente elettromagnetico complesso. Lo scopo della progettazione di compatibilità elettromagnetica è quello di consentire alle apparecchiature elettroniche di sopprimere tutti i tipi di interferenze esterne, ma anche di ridurre le interferenze elettromagnetiche delle apparecchiature elettroniche ad altre apparecchiature elettroniche. Nella scheda PCB effettiva, c'è più o meno fenomeno di interferenza elettromagnetica, cioè, crosstalk tra segnali adiacenti. La dimensione del crosstalk è correlata alla capacità distribuita e all'induttanza distribuita tra i loop. Per risolvere questo tipo di interferenza elettromagnetica reciproca tra segnali, possono essere adottate le seguenti misure:

1. Scegliere una larghezza ragionevole del filo

L'impatto della corrente transitoria sulle linee stampate è causato principalmente dall'induttanza dei fili stampati e la sua induttanza è proporzionale alla lunghezza dei fili stampati e inversamente proporzionale alla larghezza. Pertanto, l'uso di fili corti e larghi è utile per sopprimere le interferenze. I cavi di segnale dei cavi di clock e dei driver bus spesso hanno grandi correnti transitorie e i loro fili stampati dovrebbero essere il più corto possibile. Per i circuiti componenti discreti, la larghezza del filo stampato è di circa 1,5 mm per soddisfare i requisiti; Per i circuiti integrati, la larghezza del filo stampato è selezionata tra 0,2 mm e 1,0 mm.

2. Adottare una struttura di cablaggio a forma di griglia in un tic-tac-toe.

Il metodo specifico è quello di legare orizzontalmente su uno strato della scheda PCB e filo verticalmente sullo strato successivo.

Quarto, progettazione di dissipazione del calore

Al fine di facilitare la dissipazione del calore, la scheda stampata è meglio da installare da sola e la distanza della scheda dovrebbe essere maggiore di 2 cm. Allo stesso tempo, prestare attenzione alle regole di layout dei componenti sulla scheda stampata. In direzione orizzontale, i dispositivi ad alta potenza sono disposti il più vicino possibile al bordo della scheda stampata per accorciare il percorso di trasferimento del calore; in direzione verticale, i dispositivi ad alta potenza sono disposti il più vicino possibile alla parte superiore della scheda stampata, riducendo così il suo impatto sulla temperatura di altri componenti. I componenti più sensibili alla temperatura dovrebbero essere collocati in aree con temperature relativamente basse il più possibile e non dovrebbero essere posizionati direttamente sopra i dispositivi che generano grandi quantità di calore.

Nei vari progetti di sistemi applicativi DSP ad alta velocità, come trasformare un design perfetto dalla teoria alla realtà dipende da schede PCB di alta qualità. La frequenza operativa dei circuiti DSP sta diventando sempre più alta, i pin stanno diventando più densi e l'interferenza sta aumentando., Come migliorare la qualità del segnale è molto importante. Pertanto, se le prestazioni del sistema sono buone o meno è inseparabile dalla qualità della scheda PCB del progettista PCB.