Notizie PCB - Precauzioni per la progettazione di circuiti stampati ad alta velocità per la prova PCB

Recentemente ho scritto una lettera su un articolo sull'impedenza caratteristica del PCB. Questo articolo spiega come i cambiamenti nel processo causano il cambiamento dell'impedenza effettiva e come utilizzare risolutori di campo accurati per prevedere questo fenomeno. Nella lettera ho sottolineato che anche se non ci sono cambiamenti di processo, altri fattori faranno sì che l'impedenza effettiva sia molto diversa. Quando si progettano circuiti stampati ad alta velocità, gli strumenti di progettazione automatizzati a volte non riescono a trovare questo problema poco evidente ma molto importante. Tuttavia, fintanto che vengono adottate alcune misure nelle prime fasi della progettazione, questo problema può essere evitato. Io chiamo questa tecnica "disegno difensivo".

Problema di numero di impilamento a prova di PCB Una buona struttura laminata è la migliore misura preventiva per la maggior parte dei problemi di integrità del segnale e problemi EMC, ed è anche la più fraintesa dalle persone. Ci sono diversi fattori in gioco qui, e un buon modo per risolvere un problema può peggiorare altri problemi. Molti fornitori di progettazione di sistemi suggeriranno che ci dovrebbe essere almeno un piano continuo nel circuito stampato per controllare l'impedenza caratteristica e la qualità del segnale. Finché il costo può essere accessibile, questo è un buon suggerimento. I consulenti EMC spesso raccomandano di posizionare uno strato di riempimento o di terra sullo strato esterno per controllare la radiazione elettromagnetica e la sensibilità alle interferenze elettromagnetiche. Anche questo è un buon suggerimento in determinate condizioni. Tuttavia, a causa delle correnti transitorie, questo metodo può essere fastidioso in alcuni progetti comuni. In primo luogo, guardiamo al semplice caso di una coppia di piano di potenza/piano di terra: può essere visto come un condensatore. Si può considerare che lo strato di potenza e lo strato di terra sono le due piastre del condensatore. Per ottenere un valore di capacità maggiore, è necessario avvicinare le due piastre (distanza D) e aumentare la costante dielettrica (εr). Più grande è la capacità, minore è l'impedenza, che è ciò che vogliamo perché può sopprimere il rumore. Non importa come sono disposti gli altri strati, lo strato di potenza principale e lo strato di terra dovrebbero essere adiacenti e al centro della pila. Se la distanza tra lo strato di potenza e lo strato di terra è grande, causerà un grande ciclo di corrente e porterà un sacco di rumore. Per una scheda a 8 strati, posizionare lo strato di potenza su un lato e lo strato di terra sull'altro lato causerà i seguenti problemi:1. La piu' grande conversazione incrociata. A causa dell'aumento della capacità reciproca, la conversazione incrociata tra gli strati del segnale è maggiore della conversazione incrociata degli strati stessi.2. La più grande circolazione. La corrente scorre intorno ai piani di potenza e parallela al segnale, una grande quantità di corrente entra nel piano di potenza principale e ritorna attraverso il piano di terra. Le caratteristiche EMC si deterioreranno a causa dell'aumento della corrente circolante.3. Perdita del controllo sull'impedenza. Più lontano il segnale è dallo strato di controllo, minore è l'accuratezza del controllo dell'impedenza a causa di altri conduttori intorno ad esso.4. Poiché è facile causare cortocircuito della saldatura, può aumentare il costo del prodotto. Dobbiamo fare una scelta di compromesso tra prestazioni e costi. Per questo motivo, sono qui per parlare di come organizzare il circuito digitale per ottenere le migliori caratteristiche SI ed EMC. La distribuzione di ogni strato del PCB è generalmente simmetrica. A mio modesto parere, più di due strati di segnale non dovrebbero essere posizionati l'uno accanto all'altro; altrimenti, il controllo sull'SI andrà in gran parte perduto. È meglio posizionare gli strati interni del segnale simmetricamente in coppia. A meno che alcuni segnali non debbano essere cablati a dispositivi SMT, dovremmo ridurre al minimo il cablaggio del segnale sullo strato esterno. Per i circuiti stampati con più strati, possiamo ripetere questo metodo di posizionamento molte volte. È anche possibile aggiungere strati di potenza aggiuntivi e strati di terra; a condizione che non vi siano coppie di livelli di segnale tra i due livelli di potenza. Il cablaggio dei segnali ad alta velocità dovrebbe essere organizzato nella stessa coppia di strati di segnale; a meno che questo principio non debba essere violato a causa della connessione di dispositivi SMT. Tutte le tracce di un segnale dovrebbero avere un percorso di ritorno comune (cioè il piano di terra). Ci sono due idee e metodi per giudicare quali due strati possono essere considerati come una coppia:1. Assicurarsi che i segnali di ritorno a distanze uguali siano esattamente gli stessi. Ciò significa che i segnali devono essere instradati simmetricamente su entrambi i lati del piano di terra interno. Il vantaggio di questo è che è facile controllare l'impedenza e la corrente circolante; Lo svantaggio è che ci sono molte vie sullo strato di terra, e ci sono alcuni strati inutili.2. Il vantaggio è che i vias nello strato di terra possono essere controllati al minimo (utilizzando vias sepolti); lo svantaggio è che l'efficacia di questo metodo è ridotta per alcuni segnali chiave. Mi piace usare il secondo metodo. È preferibile che il collegamento a terra per i segnali di azionamento e ricezione degli elementi possa essere collegato direttamente allo strato adiacente allo strato di cablaggio del segnale. Come semplice principio di cablaggio, la larghezza del cablaggio superficiale in pollici dovrebbe essere inferiore a un terzo del tempo di salita dell'azionamento in nanosecondi (ad esempio, la larghezza del cablaggio di TTL ad alta velocità è di 1 pollice). Se è alimentato da più alimentatori, uno strato di terra deve essere posato tra i cavi di alimentazione per separarli. Non formare un condensatore, in modo da non causare l'accoppiamento CA tra gli alimentatori. Le misure di cui sopra sono tutte al fine di ridurre la circolazione e il crosstalk, e rafforzare la capacità di controllo dell'impedenza. Il piano di terra formerà anche un'efficace "scatola di schermatura" EMC. Sotto la premessa di considerare l'influenza sull'impedenza caratteristica, la superficie inutilizzata può essere trasformata in uno strato di terra.