PCB Tecnico - Diversi problemi più comuni nel design della scheda ad alta frequenza PCB

Con il rapido sviluppo della tecnologia elettronica e l'ampia applicazione della tecnologia di comunicazione wireless in vari campi, l'alta frequenza, l'alta velocità e l'alta densità sono gradualmente diventate una delle tendenze significative di sviluppo dei prodotti elettronici moderni. La trasmissione del segnale ad alta frequenza e la digitalizzazione ad alta velocità hanno costretto le schede ad alta frequenza PCB a muoversi verso micro-fori e vias sepolti / ciechi, fili sottili e strati dielettrici uniformi e sottili. La tecnologia di progettazione ad alta frequenza, ad alta velocità, ad alta densità e multistrato PCB ad alta frequenza è diventata un'area di ricerca importante. Sulla base di anni di esperienza nel lavoro di progettazione hardware, l'autore riassume alcune tecniche di progettazione e precauzioni per circuiti ad alta frequenza per il vostro riferimento.

1. Come scegliere la scheda ad alta frequenza PCB?

La scelta del materiale della scheda ad alta frequenza PCB deve trovare un equilibrio tra soddisfare i requisiti di progettazione e la produzione di massa e il costo. I requisiti di progettazione comprendono sia parti elettriche che meccaniche. Questo problema di materiale è solitamente più importante quando si progettano schede ad alta frequenza PCB ad alta velocità (frequenza maggiore di GHz). Ad esempio, il materiale FR-4 comunemente usato, la perdita dielettrica ad una frequenza di diversi GHz avrà una grande influenza sull'attenuazione del segnale e potrebbe non essere adatto. Per quanto riguarda l'elettricità, prestare attenzione a se la costante dielettrica e la perdita dielettrica sono adatti alla frequenza progettata.

2. Come risolvere il problema di integrità del segnale nella progettazione ad alta velocità?

L'integrità del segnale è fondamentalmente un problema di corrispondenza dell'impedenza. I fattori che influenzano la corrispondenza dell'impedenza includono la struttura e l'impedenza di uscita della sorgente del segnale, l'impedenza caratteristica della traccia, le caratteristiche dell'estremità di carico e la topologia della traccia. La soluzione è quella di affidarsi alla topologia di terminazione e regolazione del cablaggio.

3. Come evitare interferenze ad alta frequenza?

L'idea di base per evitare interferenze ad alta frequenza (scheda ad alta frequenza PCB) è ridurre al minimo l'interferenza dei campi elettromagnetici del segnale ad alta frequenza (scheda ad alta frequenza PCB), che è il cosiddetto crosstalk (Crosstalk). Può aumentare la distanza tra segnale ad alta velocità e segnale analogico, o aggiungere groundguard / shunttraces accanto al segnale analogico. Prestare attenzione anche all'interferenza del rumore dal suolo digitale al suolo analogico.

4. Può essere aggiunto un resistore corrispondente tra le coppie di linee differenziali all'estremità ricevente?

La resistenza di corrispondenza tra le coppie di linee differenziali all'estremità ricevente è solitamente aggiunta e il suo valore dovrebbe essere uguale al valore dell'impedenza differenziale. In questo modo la qualità del segnale sarà migliore.

5. Come implementare il cablaggio differenziale per una linea di segnale di clock con un solo terminale di uscita?

Per utilizzare il cablaggio differenziale, ha senso che sia la sorgente del segnale che l'estremità ricevente sono segnali differenziali. Pertanto, è impossibile utilizzare il cablaggio differenziale per un segnale di clock con un solo terminale di uscita.

6. Come viene realizzato il metodo di cablaggio differenziale?

Ci sono due punti a cui prestare attenzione nel layout della coppia differenziale. Uno è che la lunghezza dei due fili dovrebbe essere il più lunga possibile, e l'altro è che la distanza tra i due fili (questa distanza è determinata dall'impedenza differenziale) deve essere mantenuta costante, cioè per rimanere parallela. Ci sono due modi paralleli, uno è che i due fili corrono sullo stesso lato-by-side, e l'altro è che i due fili corrono su due strati adiacenti sopra e sotto (sopra-sotto). Generalmente, il primo fianco a fianco (fianco a fianco, fianco a fianco) è implementato in più modi.

7. Perché il cablaggio della coppia differenziale dovrebbe essere vicino e parallelo?

Il cablaggio della coppia differenziale dovrebbe essere opportunamente vicino e parallelo. La cosiddetta chiusura corretta è perché la distanza influenzerà il valore dell'impedenza differenziale, che è un parametro importante per la progettazione di una coppia differenziale. La necessità di parallelismo è anche di mantenere la coerenza dell'impedenza differenziale. Se le due linee sono improvvisamente lontane e vicine, l'impedenza differenziale sarà incoerente, che influenzerà l'integrità del segnale

(integrità del segnale) e ritardo temporale (ritardo temporale).

8. Come risolvere la contraddizione tra cablaggio manuale e cablaggio automatico dei segnali ad alta velocità?

La maggior parte dei router automatici di software di cablaggio forte ora hanno impostato vincoli per controllare il metodo di avvolgimento e il numero di vias. Le capacità del motore di avvolgimento e gli elementi di impostazione dei vincoli di varie società EDA a volte differiscono notevolmente. Ad esempio, se ci sono abbastanza vincoli per controllare il modo di avvolgimento serpentino, se controllare la distanza di traccia della coppia differenziale, e così via. Ciò influenzerà se il metodo di routing del routing automatico può soddisfare l'idea del progettista. Inoltre, la difficoltà di regolare manualmente il cablaggio è anche assolutamente correlata alla capacità del motore di avvolgimento. Ad esempio, la capacità di spinta della traccia, la capacità di spinta della via e anche la capacità di spinta della traccia al rivestimento di rame, ecc Pertanto, la scelta di un router con forte capacità del motore di avvolgimento è la soluzione.

9. Come affrontare alcuni conflitti teorici nel cablaggio reale?

Fondamentalmente, è giusto dividere e isolare il terreno analogico/digitale. Va notato che la traccia del segnale non dovrebbe attraversare il luogo diviso (fossato) il più possibile e il percorso della corrente di ritorno dell'alimentazione e del segnale non dovrebbe essere troppo grande.

L'oscillatore di cristallo è un circuito analogico di oscillazione di feedback positivo. Per avere un segnale di oscillazione stabile, deve soddisfare le specifiche di loopgain e fase. Le specifiche di oscillazione di questo segnale analogico sono facilmente disturbate. Anche con le razze a terra, potrebbe non essere in grado di isolare completamente l'interferenza. E se è troppo lontano, il rumore sul piano di terra influenzerà anche il circuito di oscillazione di feedback positivo. Pertanto, la distanza tra l'oscillatore di cristallo e il chip deve essere il più vicino possibile.

Esistono infatti molti conflitti tra i cablaggi ad alta velocità e i requisiti EMI. Ma il principio di base è che la resistenza e capacità o ferritebord aggiunti da EMI non possono causare alcune caratteristiche elettriche del segnale per non soddisfare le specifiche. Pertanto, è meglio utilizzare le abilità di organizzare le tracce e la scheda ad alta frequenza PCB per risolvere o ridurre il problema EMI, come il segnale ad alta velocità che va allo strato interno. Infine, il condensatore di resistenza o il metodo ferriteboard viene utilizzato per ridurre il danno al segnale.

10. È possibile utilizzare il modello della linea microstrip per calcolare l'impedenza caratteristica della linea di segnale sul piano di potenza? Il segnale tra l'alimentatore e il piano di terra può essere calcolato utilizzando il modello stripline?

Sì, nel calcolo dell'impedenza caratteristica, sia il piano di potenza che il piano di terra devono essere considerati piani di riferimento. Ad esempio, una scheda a quattro strati: strato superiore-potenza layer-ground layer-bottom layer. In questo momento, il modello di impedenza caratteristico dello strato superiore è un modello di linea microtrip con il piano di potenza come piano di riferimento.