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

Precauzioni per la progettazione di circuiti stampati ad alta velocitàIl numero di pile: Una buona struttura laminata è la migliore misura preventiva per la maggior parte dei problemi di integrità del segnale e dei 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 è 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. Analizzare problemi di segnale in strutture laminate con modelli di capacità Tuttavia, a causa delle correnti transitorie, questo metodo può essere problematico in alcuni progetti comuni. Per prima cosa, 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 spostare le due piastre più vicine tra loro (distanza D) e aumentare la costante dielettrica (εâ¼râ¼). 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, mettere lo strato di potenza su un lato e lo strato di terra sull'altro lato causerà i seguenti problemi

1. Massimo crosstalk. 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 a ciascun piano 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. Impedenza caratteristica: dobbiamo fare una scelta di compromesso tra prestazioni e costo. Per questo motivo, sono qui per parlare di come organizzare circuiti stampati digitali 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 collegati a dispositivi SMT, dovremmo ridurre al minimo il cablaggio esterno del segnale. Il primo passo di un buon schema di progettazione è progettare correttamente la struttura laminata per un circuito stampato con un gran numero di strati. Possiamo ripetere questo metodo di posizionamento molte volte. È anche possibile aggiungere ulteriore strato di potenza e strato di terra; Assicurati solo che non ci siano coppie di livelli di segnale tra i due livelli di potenza. Il cablaggio del segnale ad alta velocità dovrebbe essere disposto nella stessa coppia di strati del segnale; a meno che non si verifichi a causa della connessione di dispositivi SMT, questo principio non deve essere violato. 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 siano esattamente gli stessi a distanze uguali. 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. Due strati di segnale di cavi adiacenti. 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 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. Una buona struttura laminata può controllare efficacemente l'impedenza e le sue tracce possono formare una struttura della linea di trasmissione facile da capire e prevedibile. Gli strumenti di soluzione in loco possono gestire bene tali problemi, purché il numero di variabili sia controllato al minimo, si possono ottenere risultati abbastanza precisi. Tuttavia, quando tre o più segnali sono impilati insieme, questo non è necessariamente il caso, e la ragione è sottile. Il valore di impedenza target dipende dalla tecnologia di processo del dispositivo. La tecnologia CMOS ad alta velocità può generalmente raggiungere circa 70 ©; I dispositivi TTL ad alta velocità generalmente possono raggiungere circa 80 Ω a 100 Ω. Poiché il valore di impedenza di solito ha una grande influenza sulla tolleranza al rumore e sulla commutazione del segnale, è necessario essere molto attenti quando si sceglie l'impedenza; il manuale del prodotto dovrebbe fornire indicazioni al riguardo. I risultati iniziali dello strumento di risoluzione in loco possono incontrare due tipi di problemi. Il primo è il problema della visione ristretta. Lo strumento di soluzione sul campo analizza solo l'influenza delle tracce vicine e non considera tracce non parallele su altri strati che influenzano l'impedenza. Lo strumento di soluzione on-site non può conoscere i dettagli prima del cablaggio, cioè quando assegna la larghezza di traccia, ma il metodo di disposizione di coppia sopra menzionato può ridurre al minimo questo problema. Vale la pena menzionare l'influenza dei piani di potenza parziale. Il circuito esterno è spesso affollato con fili di rame a terra dopo il cablaggio, che è utile per sopprimere EMI e la placcatura dell'equilibrio.