Dati PCB - Come fare una buona scheda PCB

Tutti sanno che fare un Scheda PCB è quello di trasformare uno schema progettato in un reale Scheda PCB. Per favore, non sottovalutare questo processo.. Ci sono molte cose che funzionano in linea di principio ma sono difficili da raggiungere in ingegneria, o è qualcosa che gli altri possono raggiungere, ma altri non possono. Pertanto, non è difficile fare un Scheda PCB, ma non è un compito facile fare un buon lavoro di un Scheda PCB. Le due principali difficoltà nel campo della microelettronica sono l'elaborazione di segnali ad alta frequenza e segnali deboli. A questo proposito, il livello di Scheda PCB la produzione è particolarmente importante. Lo stesso principio di progettazione, gli stessi componenti, e il Scheda PCBs prodotti da persone diverse hanno caratteristiche diverse. Il risultato, Quindi come possiamo fare un buon Scheda PCB? Sulla base della nostra esperienza passata, Vorremmo condividere le nostre opinioni sui seguenti aspetti:

1. Essere chiari circa i vostri obiettivi di progettazione

Quando si riceve un compito di progettazione, prima di tutto, è necessario chiarire l'obiettivo di progettazione, se si tratta di una scheda PCB ordinaria, una scheda PCB ad alta frequenza, una scheda PCB di elaborazione di piccoli segnali o una scheda PCB con elaborazione sia ad alta frequenza che a piccoli segnali. Se si tratta di una scheda PCB ordinaria, fintanto che il layout e il cablaggio sono ragionevoli e ordinati e le dimensioni meccaniche sono accurate, se ci sono linee di carico medie e lunghe linee, alcuni mezzi devono essere utilizzati per ridurre il carico. Quando ci sono più di 40 MHz linee di segnale sulla scheda, particolare attenzione dovrebbe essere data a queste linee di segnale, come la crosstalk tra le linee. Se la frequenza è più alta, ci saranno restrizioni più severe sulla lunghezza del cablaggio. Secondo la teoria della rete dei parametri distribuiti, l'interazione tra circuiti ad alta velocità e il loro cablaggio è un fattore decisivo, che non può essere ignorato nella progettazione del sistema. Con l'aumento della velocità di trasmissione del gate, l'opposizione sulla linea di segnale aumenterà di conseguenza e la crosstalk tra linee di segnale adiacenti aumenterà proporzionalmente. Di solito, anche il consumo energetico e la dissipazione del calore dei circuiti ad alta velocità sono grandi. Quando si producono PCB ad alta velocità Si dovrebbe prestare sufficiente attenzione alla scheda. Quando ci sono segnali deboli di livello millivolt o anche di livello microvolt sulla scheda, è necessaria particolare attenzione per queste linee di segnale. Poiché il piccolo segnale è troppo debole, è molto facile essere interferiti da altri segnali forti e spesso sono necessarie misure di schermatura. Riduce notevolmente il rapporto segnale-rumore. Di conseguenza, il segnale utile è sopraffatto dal rumore e non può essere estratto efficacemente. La messa in servizio del consiglio dovrebbe essere presa in considerazione anche nella fase di progettazione. Fattori quali la posizione fisica del punto di prova e l'isolamento del punto di prova non possono essere ignorati, perché alcuni piccoli segnali e segnali ad alta frequenza non possono essere aggiunti direttamente alla sonda per la misurazione. Inoltre, dovrebbero essere presi in considerazione altri fattori correlati, come il numero di strati della scheda, la forma del pacchetto dei componenti utilizzati e la resistenza meccanica della scheda. Prima di realizzare una scheda PCB, è necessario conoscere gli obiettivi di progettazione del progetto.

2. Comprendere i requisiti di layout e routing delle funzioni dei componenti utilizzati

Sappiamo che alcuni componenti speciali hanno requisiti speciali per il layout e il cablaggio, come gli amplificatori di segnale analogici utilizzati in LOTI e APH. Gli amplificatori di segnale analogici richiedono alimentazione stabile e piccola ondulazione. La parte del piccolo segnale analogico dovrebbe essere tenuta lontana dal dispositivo di alimentazione il più possibile. Sulla scheda OTI, la piccola parte di amplificazione del segnale è anche appositamente attrezzata con una copertura di schermatura per schermare le interferenze elettromagnetiche randagi. Il chip GLINK utilizzato sulla scheda NTOI adotta il processo ECL, che consuma molta energia e genera calore. Particolare attenzione deve essere data al problema della dissipazione del calore durante il layout. Se si utilizza la dissipazione naturale del calore, il chip GLINK deve essere posizionato in un luogo in cui la circolazione dell'aria è relativamente regolare. e il calore dissipato non può avere un grande impatto su altri chip. Se la scheda è dotata di altoparlanti o altri dispositivi ad alta potenza, può causare grave inquinamento all'alimentazione elettrica, che dovrebbe anche essere prestata abbastanza attenzione.

3. Considerazioni sulla disposizione dei componenti

Uno dei primi fattori da considerare nella disposizione dei componenti è la prestazione elettrica. I componenti che sono strettamente correlati al cablaggio dovrebbero essere posizionati insieme il più possibile. Soprattutto per alcune linee ad alta velocità, il layout dovrebbe essere il più breve possibile. Segnale di alimentazione e piccoli dispositivi di segnale per separare. Sulla premessa di soddisfare le prestazioni del circuito, è anche necessario considerare che i componenti sono posizionati in modo ordinato e bello, il che è conveniente per il test. Anche le dimensioni meccaniche della scheda e la posizione della presa devono essere attentamente considerate. I tempi di messa a terra e di propagazione delle interconnessioni nei sistemi ad alta velocità sono anche le prime considerazioni nella progettazione del sistema. Il tempo di trasmissione sulla linea di segnale ha una grande influenza sulla velocità complessiva del sistema, specialmente per i circuiti ECL ad alta velocità. Anche se la velocità del blocco del circuito integrato stesso è molto alta, a causa dell'uso di linee di interconnessione ordinarie sul piano posteriore (circa 30 cm di lunghezza per linea) 2ns ritardo) aumenterà il tempo di ritardo, che può ridurre notevolmente la velocità del sistema. Componenti di lavoro sincroni come i registri dei turni e i contatori sincroni sono posizionati sulla stessa scheda plug-in, perché il tempo di ritardo di trasmissione dei segnali dell'orologio a schede plug-in diverse non è uguale, il che può causare l'errore master del registro di turno. Scheda, dove la sincronizzazione è critica, la lunghezza delle linee di orologio dalla sorgente comune dell'orologio a ogni scheda deve essere uguale.

4. Considerazioni per il cablaggio

Con il completamento della progettazione della rete OTNI e della fibra stellare, ci saranno più schede con linee di segnale ad alta velocità superiori a 100MHz da progettare in futuro. Qui verranno introdotti alcuni concetti di base delle linee ad alta velocità. Qualsiasi percorso di segnale "lungo" su un circuito stampato può essere considerato una linea di trasmissione. Se il tempo di ritardo di propagazione della linea è molto più breve del tempo di aumento del segnale, eventuali riflessi prodotti durante l'aumento del segnale saranno annegati. Overshoot, kickback e squillo non sono più presenti. Per la maggior parte dei circuiti MOS correnti, poiché il rapporto tra tempo di salita e tempo di ritardo di trasmissione in linea è molto più grande, le tracce possono essere misurate in metri senza distorsione del segnale. E per circuiti logici più veloci, soprattutto ad altissima velocità. Per i circuiti integrati, a causa dell'aumento della velocità del bordo, se non vengono adottate altre misure, la lunghezza delle tracce deve essere notevolmente accorciata per mantenere l'integrità del segnale. Ci sono due modi per far funzionare i circuiti ad alta velocità su linee relativamente lunghe senza gravi distorsioni della forma d'onda. TTL utilizza il bloccaggio a diodi Schottky per i bordi a caduta rapida, in modo che l'overshoot sia bloccato a una caduta a diodi sotto il potenziale del suolo. Questo riduce l'ampiezza del successivo kickback, il bordo ascendente più lento permette l'overshoot, ma è attenuato dall'impedenza di uscita relativamente elevata (50-80Ω) del circuito nello stato di livello "H". Inoltre, a causa dell'elevata immunità dello stato di livello "H", il problema del rinculo non è molto evidente. Per i dispositivi della serie HCT, se vengono utilizzati i metodi di chiusura del diodo Schottky e della resistenza di serie, il miglioramento sarà migliorato. l'effetto sarà più evidente. A velocità di bit più elevate e velocità di bordo più elevate, i metodi di formatura TTL descritti sopra sono alquanto inadeguati quando c'è fan-out lungo la linea del segnale. A causa delle onde riflesse nella linea, tendono a combinarsi ad alte velocità di bit, causando gravi distorsioni del segnale e ridotta immunità alle interferenze. Pertanto, al fine di risolvere il problema di riflessione, un altro metodo è solitamente utilizzato nel sistema ECL: il metodo di corrispondenza dell'impedenza di linea. In questo modo è possibile controllare i riflessi e garantire l'integrità del segnale. In senso stretto, per i dispositivi TTL e CMOS convenzionali con velocità di bordo più lente, le linee di trasmissione non sono molto necessarie. Le linee di trasmissione non sono sempre necessarie anche per i dispositivi ECL ad alta velocità con velocità di bordo più elevate. Ma quando si utilizzano linee di trasmissione, hanno il vantaggio di essere in grado di prevedere ritardi del filo e controllare riflessi e oscillazioni attraverso l'accoppiamento dell'impedenza. Ci sono cinque fattori fondamentali che determinano se utilizzare una linea di trasmissione. Essi sono: (1) velocità di bordo del segnale di sistema, (2) distanza di cablaggio (3) carico capacitivo (quanto fan-out), (4) carico resistivo (metodo di terminazione della linea); (5) Percentuale ammissibile kickback e overshoot (riduzione dell'immunità AC).

5. Diversi tipi di linee di trasmissione

1) Cavo coassiale e coppia attorcigliata: sono spesso utilizzati per connessioni sistema-sistema. L'impedenza caratteristica del cavo coassiale è solitamente 50Ω e 75Ω, e la coppia attorcigliata è solitamente 110Ω.

2) La linea microstrip sulla scheda stampata, la linea microstrip è un conduttore di striscia (linea di segnale). Isolato dal piano di terra con un dielettrico. Se lo spessore, la larghezza e la distanza dal piano di terra della linea sono controllabili, anche la sua impedenza caratteristica è controllabile. Il tempo di ritardo di propagazione per unità di lunghezza della linea microstrip dipende solo dalla costante dielettrica e non ha nulla a che fare con la larghezza o la spaziatura della linea.

3) Strisce in tavole stampate

Una stripline è una stripline di rame posta al centro di un dielettrico tra due piani conduttivi. Se lo spessore e la larghezza della linea, la costante dielettrica del mezzo e la distanza tra i due piani conduttivi sono controllabili, anche l'impedenza caratteristica della linea è controllabile. Il tempo di ritardo di propagazione per unità di lunghezza della stripline è correlato alla larghezza o alla spaziatura della linea. è irrilevante; dipende solo dalla permittività relativa del mezzo utilizzato.

Terminare la linea di trasmissione: Terminare l'estremità ricevente di una linea con una resistenza pari all'impedenza caratteristica della linea, poi la linea di trasmissione è chiamata connessione parallela. Pricipalmente è usato per ottenere prestazioni elettriche, compresa la guida di carichi distribuiti. A volte per risparmiare energia, un condensatore 104 è collegato in serie con la resistenza terminale per formare un circuito di terminazione CA, che può efficacemente ridurre la perdita di CC. Un resistore è collegato in serie tra il conducente e la linea di trasmissione, e la fine della linea non è più collegata alla resistenza terminale. Questo metodo di terminazione è chiamato terminazione di serie. Sovraccarico e squillo su linee più lunghe possono essere controllati con tecniche di smorzamento in serie o terminazione in serie. Series damping is achieved by using a small resistor (usually 10 to 75Ω) in series with the output of the drive gate. This damping method is suitable for use with wires whose characteristic impedance is controlled (such as backplane wiring, circuiti stampati senza piani di terra, e la maggior parte degli involucri metallici, ecc.). The value of the series resistor when terminated in series is related to the circuit (drive gate) output impedance. La somma è uguale all'impedenza caratteristica della linea di trasmissione. La linea terminata in serie presenta lo svantaggio che alla fine possono essere utilizzati solo carichi grumi e un tempo di ritardo di propagazione più lungo. Tuttavia, Ciò può essere superato utilizzando linee di trasmissione ridondanti terminate in serie. Linee parallele Entrambe hanno i loro vantaggi, quale uno o entrambi di essi sono utilizzati dipende dall'hobby del progettista e dai requisiti del sistema. Completo e privo di distorsioni. Il carico sulla lunga linea non influenzerà il tempo di ritardo della trasmissione del cancello di azionamento che guida la lunga linea, né influirà sulla velocità del bordo del segnale, ma aumenterà il tempo di ritardo di trasmissione del segnale lungo la linea lunga. Quando si guida un grande ventilatore Quando fuori, il carico può essere distribuito lungo la linea attraverso la linea corta del ramo, invece del terminale che deve aggregare il carico sulla linea come nella terminazione di serie. Il metodo di terminazione di serie rende il circuito avere la capacità di guidare diverse linee di carico parallele. L'incremento del tempo di ritardo causato dal carico è circa il doppio di quello della corrispondente linea a terminazione parallela, mentre la linea corta rallenta la velocità del bordo e aumenta il tempo di ritardo del drive gate a causa del carico capacitivo. Tuttavia, Il motivo principale è che l'ampiezza del segnale trasmesso lungo il cablaggio in serie è solo la metà dell'oscillazione logica, Quindi la corrente dell'interruttore è solo la metà della corrente dell'interruttore a terminazione parallela, e l'energia del segnale è piccola. Il crosstalk è anche piccolo su Scheda PCB.