PCB Tecnico - Progettazione di affidabilità del PCB ad alta velocità del sistema DSP

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 PCB del 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.

2, considerare il disaccoppiamento di potere e terra

Con l'aumento della frequenza di funzionamento DSP, DSP e altri componenti IC tendono ad essere miniaturizzati e confezionati densamente. Di solito, le schede multistrato sono considerate nella progettazione del circuito. Si raccomanda che sia l'alimentazione che la terra possano utilizzare uno strato dedicato e per più fonti di alimentazione, ad esempio, la tensione di alimentazione I/O DSP è diversa dalla tensione di alimentazione principale e possono essere utilizzati due diversi strati di alimentazione. Se si considera il costo di elaborazione di una scheda multistrato, uno strato dedicato può essere utilizzato per più cablaggi o alimentatori relativamente critici. L'alimentatore può essere instradato allo stesso modo della linea di segnale, ma la larghezza della linea deve essere sufficiente.

Indipendentemente dal fatto che il circuito stampato abbia uno strato di terra dedicato e uno strato di alimentazione, tra l'alimentazione e il terreno deve essere aggiunto un condensatore determinato e ragionevolmente distribuito. 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.

3. Regole di cablaggio considerando la distribuzione di energia

livelli di alimentazione analogici e digitali separati

I componenti analogici ad alta velocità e ad alta precisione sono molto 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.

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 rotazione inferiore a 5ns) deve avere una scorta di filo di terra, la larghezza della linea dell'orologio dovrebbe essere di almeno 10 mil e la larghezza del filo di terra di scorta dovrebbe essere di almeno 20 mil. Il foro è in buon contatto con il terreno e ogni 5cm viene perforato per collegarsi con il terreno; Il lato di invio dell'orologio deve essere collegato in serie con una resistenza di smorzamento di 22Ω～220Ω. Le interferenze causate dal rumore del segnale portato da queste linee possono essere evitate.

Progettazione di software e hardware anti-inceppamento

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.

Progettazione anti-inceppamento hardware

L'efficienza anti-inceppamento hardware è alta. Quando la complessità del sistema, il costo e il volume sono tollerabili, il design anti-inceppamento hardware è preferito. Le tecnologie anti-jamming hardware comunemente utilizzate possono essere riassunte nelle seguenti categorie:

(1) Filtro hardware: Il filtro RC può attenuare 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: potenza CA, potenza ad alta frequenza, forte attrezzatura di corrente, scintille elettriche generate dagli archi genereranno onde elettromagnetiche e diventeranno una fonte di rumore di interferenza elettromagnetica. I gusci metallici possono essere utilizzati per circondare i dispositivi di cui sopra e metterli a terra. Questa coppia di scudi L'interferenza causata dall'induzione elettromagnetica è molto efficace.

(4) isolamento fotoelettrico: gli isolatori fotoelettrici possono efficacemente evitare interferenze reciproche tra i circuiti stampati differenti. Isolatori fotoelettrici ad alta velocità sono spesso utilizzati nell'interfaccia di DSP e altri dispositivi (come sensori, interruttori, ecc.).

Progettazione di software anti-inceppamento

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'influenza 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 viene disturbato e salta in questa area, 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.

4, 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:

5. Scegliere una larghezza ragionevole del filo

L'impatto della corrente transitoria sulle linee stampate è causato principalmente 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 selezionata tra 0,2 mm e 1,0 mm.

Usando una struttura di rete tic-tac-toe.

Il metodo specifico è quello di instradare il cablaggio orizzontale sul primo strato della scheda stampata PCB e il cablaggio verticale sullo strato successivo.