PCB Tecnico - Come garantire la qualità del design PCB DSP

Con il grado crescente di integrazione del chip, il numero di pin del chip è in aumento e l'imballaggio dei dispositivi è in continua evoluzione, da DIP a OSOP, da SOP a PQFP e da PQFP a BGA. I dispositivi di serie TMS320C6000 adottano il pacchetto BGA. In termini di applicazione del circuito, il pacchetto BGA ha le caratteristiche di alto tasso di successo, basso tasso di riparazione e alta affidabilità. È sempre più utilizzato. Tuttavia, poiché il pacchetto BGA appartiene al pacchetto chip array a griglia sferica, è in fase di sviluppo. La realizzazione fisica del sistema, cioè la progettazione a livello di scheda comporta molte tecniche di progettazione di circuiti digitali ad alta velocità.

Nei sistemi ad alta velocità, la generazione di interferenze sonore è il primo fattore che influenza. I circuiti PCB ad alta frequenza produrranno anche radiazioni e collisioni, mentre velocità di bordo più veloci produrranno squillo, riflessione e crosstalk. Se non si considera la particolarità del layout e del routing del segnale ad alta velocità, il circuito stampato progettato non funzionerà correttamente. Pertanto, il successo della progettazione di schede PCB è un collegamento molto critico nel processo di progettazione di circuiti DSP.

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 prima cosa che deve essere considerata nella progettazione della scheda PCB di un sistema DSP ad alta velocità è la 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, una certa e ragionevolmente distribuita capacità deve essere aggiunta tra l'alimentazione e il terreno. 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. Considerare le regole di cablaggio per la distribuzione di energia

Piani di alimentazione analogici e digitali separati

I componenti analogici ad alta velocità e ad alta precisione sono 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-interferenza hardware è elevata. Quando la complessità del sistema, il costo e il volume sono tollerabili, è preferibile il design anti-interferenza hardware. Le tecnologie anti-jamming hardware comunemente utilizzate possono essere riassunte nelle seguenti categorie:

(1) Filtro hardware: Il filtro RC può indebolire 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 molto importante avere uno strato di messa a terra a bassa impedenza, 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: scintille elettriche generate da energia CA, potenza ad alta frequenza, apparecchiature di forte corrente e archi genereranno onde elettromagnetiche e diventeranno una fonte di rumore di interferenza elettromagnetica. I dispositivi di cui sopra possono essere circondati da un guscio metallico e messi a terra. Questa coppia di scudi L'interferenza causata dall'induzione elettromagnetica è molto efficace.

(4) isolamento fotoelettrico: l'isolatore fotoelettrico può efficacemente evitare interferenze reciproche tra i circuiti stampati differenti. Isolatore fotoelettrico ad alta velocità è spesso utilizzato nell'interfaccia di DSP e altri dispositivi (come sensori, interruttori, ecc.).

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'impatto 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. Le tecniche di filtraggio digitale comunemente utilizzate includono: filtraggio mediano, filtraggio medio aritmetico e così via.

(2) Set trap: imposta una sezione del programma di avvio nell'area del programma inutilizzata. Quando il programma salta in questa area a causa di interferenze, 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 doppio 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.

(4) Impostare il tempo watchdog: Se un programma fuori controllo entra in un "ciclo infinito", la tecnologia "watchdog" è solitamente utilizzata per rendere il programma fuori dal "ciclo infinito". Il principio è quello di utilizzare un timer, che genera un impulso secondo il periodo impostato. Se non si desidera generare questo impulso, il DSP dovrebbe cancellare il timer entro un tempo inferiore al periodo impostato; Il timer verrà cancellato come richiesto e l'impulso generato dal timer verrà utilizzato come segnale di ripristino DSP per resettare e inizializzare nuovamente il DSP.

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 questa interferenza elettromagnetica reciproca tra segnali possono essere adottate le seguenti misure:

1. Scegliere una larghezza ragionevole del filo

L'interferenza di impatto prodotta dalla corrente transitoria sulle linee stampate è principalmente causata 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 compresa tra 0.2mm e 1.0mm.

2. Adottare la struttura di cablaggio a forma di griglia di tic-tac-toe.

Il metodo specifico è quello di legare orizzontalmente sul primo 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. Come migliorare la qualità del segnale è molto importante. Pertanto, se le prestazioni del sistema sono buone è inseparabile dalla qualità della scheda PCB del progettista.