PCB Tecnico - Problemi riscontrati in PCB ad alta frequenza e ad alta velocità

Attualmente, la progettazione PCB ad alta frequenza e ad alta velocità è diventata il mainstream e ogni ingegnere di layout PCB dovrebbe essere competente. Successivamente, Banermei condividerà con voi alcune delle esperienze di progettazione di esperti hardware in circuiti PCB ad alta frequenza e ad alta velocità, e spero che sarà utile a tutti.

1. Come evitare interferenze ad alta frequenza?

L'idea di base per evitare interferenze ad alta frequenza è quella di minimizzare l'interferenza del campo elettromagnetico dei segnali ad alta frequenza, che è il cosiddetto crosstalk (Crosstalk). È possibile aumentare la distanza tra il segnale ad alta velocità e il segnale analogico, o aggiungere tracce di protezione a terra/shunt accanto al segnale analogico. Prestare attenzione anche all'interferenza del rumore dal suolo digitale al suolo analogico.

2. Come considerare la corrispondenza di impedenza quando si progettano schemi di progettazione PCB ad alta velocità?

Quando si progettano circuiti PCB ad alta velocità, la corrispondenza dell'impedenza è uno degli elementi di progettazione. Il valore di impedenza ha una relazione assoluta con il metodo di cablaggio, come camminare sullo strato superficiale (microstrip) o sullo strato interno (stripline/doppia stripline), distanza dallo strato di riferimento (strato di potenza o strato di terra), larghezza del cablaggio, materiale PCB, ecc. Entrambi influenzeranno il valore di impedenza caratteristico della traccia. In genere, il software di simulazione non può tenere conto di alcune condizioni di cablaggio con impedenza discontinua a causa della limitazione del modello di circuito o dell'algoritmo matematico utilizzato. In questo momento, solo alcuni terminatori (terminazione), come la resistenza di serie, possono essere riservati sul diagramma schematico. Alleviare l'effetto della discontinuità nell'impedenza di traccia. La vera soluzione al problema è cercare di evitare discontinuità di impedenza durante il cablaggio.

3. Nella progettazione PCB ad alta velocità, quali aspetti dovrebbe il progettista considerare le regole EMC ed EMI?

Generalmente, la progettazione EMI/EMC deve considerare sia gli aspetti irradiati che condotti allo stesso tempo. Il primo appartiene alla parte di frequenza superiore (<30MHz) e il secondo è la parte di frequenza inferiore (<30MHz). Quindi non si può solo prestare attenzione all'alta frequenza e ignorare la parte bassa frequenza. Una buona progettazione EMI / EMC deve tenere conto della posizione del dispositivo, disposizione dello stack PCB, metodo di connessione importante, selezione del dispositivo, ecc. all'inizio del layout. Se non c'è un accordo migliore in anticipo, sarà risolto in seguito. Farà il doppio del risultato con metà dello sforzo e aumenterà il costo. Ad esempio, la posizione del generatore di clock non dovrebbe essere il più vicino possibile al connettore esterno. I segnali ad alta velocità dovrebbero andare allo strato interno il più possibile. Prestare attenzione alla caratteristica corrispondenza dell'impedenza e alla continuità dello strato di riferimento per ridurre i riflessi. La velocità di rotazione del segnale spinto dal dispositivo dovrebbe essere il più piccolo possibile per ridurre l'altezza. I componenti di frequenza, quando si sceglie un condensatore di disaccoppiamento / bypass, prestare attenzione a se la sua risposta in frequenza soddisfa i requisiti per ridurre il rumore sul piano di potenza. Inoltre, prestare attenzione al percorso di ritorno della corrente del segnale ad alta frequenza per rendere l'area del ciclo il più piccola possibile (cioè, l'impedenza del ciclo il più piccola possibile) per ridurre le radiazioni. Il terreno può anche essere diviso per controllare la gamma di rumore ad alta frequenza. Infine, scegliere correttamente il terreno del telaio tra il PCB e l'alloggiamento.

4. Come scegliere la scheda PCB?

La scelta della scheda PCB deve trovare un equilibrio tra soddisfare i requisiti di progettazione e produzione di massa e costi. I requisiti di progettazione comprendono sia parti elettriche che meccaniche. Di solito questo problema di materiale è più importante quando si progettano schede 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.

5. Come soddisfare i requisiti EMC il più possibile senza causare troppa pressione sui costi?

L'aumento del costo del circuito stampato a causa di EMC è solitamente dovuto all'aumento del numero di strati di terra per migliorare l'effetto schermante e l'aggiunta di perline in ferrite, choke e altri dispositivi di soppressione armonica ad alta frequenza. Inoltre, è solitamente necessario abbinare la struttura di schermatura su altri istituti per far sì che l'intero sistema superi i requisiti EMC.