PCB Tecnico - Produttore di circuiti stampati ad alta frequenza Spiega i passaggi del PCB

Quello che diciamo di fare è trasformare il diagramma schematico progettato in un vero PCB. Per favore, non sottovalutare questo processo. Ci sono molte cose che possono funzionare in linea di principio, ma non possono essere realizzate in ingegneria, o altre no, quindi non è difficile fare un buon PCB, ma non è facile fare un buon PCB.

Le due principali difficoltà nel campo della microelettronica sono l'elaborazione del segnale ad alta frequenza e del segnale debole. In questo aspetto, il livello di produzione di PCB è particolarmente importante. Lo stesso disegno di principio, gli stessi componenti, persone diverse fanno il circuito stampato PCB con risultati diversi, quindi come fare un buon circuito stampato PCB? Sulla base della nostra esperienza passata, vorrei condividere le mie opinioni sui seguenti aspetti:

1, chiari obiettivi di progettazione

Per ricevere un compito di progettazione, prima di tutto, è necessario chiarire l'obiettivo di progettazione, che è il PCB ordinario, il PCB ad alta frequenza, il PCB di elaborazione del segnale piccolo o sia il PCB ad alta frequenza che il PCB di elaborazione del segnale piccolo. Se si tratta di un PCB ordinario, fintanto che il layout e il cablaggio sono ragionevoli e ordinati e le dimensioni meccaniche sono accurate, come la linea di carico media e la linea lunga, è necessario adottare determinati mezzi per ridurre il carico, rafforzare l'azionamento per la linea lunga e concentrarsi sulla prevenzione del riflesso della linea lunga.

Quando ci sono più di 40 MHz linee di segnale sulla scheda, particolare attenzione dovrebbe essere data a queste linee di segnale, come la crosstalk tra le linee. Secondo la teoria della rete dei parametri distribuiti, l'interazione tra l'alta velocità e la sua connessione è il fattore decisivo, che non può essere ignorato nella progettazione del sistema. Con l'aumento della velocità di trasmissione del gate, l'opposizione sulla linea di segnale aumenterà di conseguenza e la crosstalk tra linee di segnale adiacenti aumenterà proporzionalmente. In generale, il consumo energetico e la dissipazione termica del circuito ad alta velocità sono anche molto grandi, a cui dovrebbe essere prestata sufficiente attenzione quando si realizza PCB ad alta velocità.

Quando ci sono segnali deboli di livello millivolt o anche di livello microvolt sulla scheda, particolare attenzione dovrebbe essere prestata a queste linee di segnale. Poiché il piccolo segnale è troppo debole, è molto facile essere interferiti da altri segnali forti. Spesso sono necessarie misure di schermatura, altrimenti il rapporto segnale-rumore sarà notevolmente ridotto. Di conseguenza, il segnale utile è sommerso dal rumore e non può essere estratto efficacemente.

2, comprendere i requisiti funzionali dei componenti utilizzati per il layout e il cablaggio

Sappiamo che alcuni componenti speciali hanno requisiti speciali nel layout e nel cablaggio, come il segnale analogico utilizzato in lo e APH, e l'amplificatore di segnale analogico richiede alimentazione stabile e bassa ripple. La parte del piccolo segnale analogico dovrebbe essere il più lontano possibile dal dispositivo di alimentazione. Sulla scheda OTI, la piccola parte di amplificazione del segnale è appositamente dotata di una copertura di schermatura per schermare le interferenze elettromagnetiche randagi. Il chip glink utilizzato nella scheda OTI adotta il processo ECL, che consuma molta energia e genera molto calore. Particolare considerazione deve essere data al problema della dissipazione del calore nel layout. Se viene adottata la dissipazione naturale del calore, il chip glink dovrebbe essere posizionato in un luogo con circolazione regolare dell'aria e il calore rilasciato non può avere un grande impatto su altri chip. Se la scheda è dotata di corno o altri dispositivi ad alta potenza, può causare grave inquinamento all'alimentazione elettrica, che dovrebbe anche essere prestata abbastanza attenzione

3, Considerazione del layout dei componenti

Il primo fattore da considerare nella disposizione dei componenti è la prestazione elettrica. I componenti con collegamento stretto devono essere assemblati il più possibile. Soprattutto per alcune linee ad alta velocità, il layout dovrebbe essere il più breve possibile e il segnale di alimentazione e i piccoli dispositivi di segnale dovrebbero essere separati. Sulla premessa di soddisfare le prestazioni del circuito, i componenti dovrebbero essere posizionati ordinatamente, belli e facili da testare. Anche le dimensioni meccaniche della scheda e la posizione della presa devono essere attentamente considerate.

Nel sistema ad alta velocità, il tempo di ritardo di messa a terra e trasmissione della linea di interconnessione sono anche i primi fattori da considerare nella progettazione del sistema. Il tempo di trasmissione sulla linea di segnale ha una grande influenza sulla velocità complessiva del sistema, specialmente per il circuito ECL ad alta velocità. Sebbene il blocco stesso abbia un'alta velocità, la velocità del sistema può essere notevolmente ridotta a causa dell'aumento del tempo di ritardo causato dall'interconnessione comune sul backplane (c'è circa 2ns ritardo per 30 cm di lunghezza della linea), è meglio mettere il contatore sincrono sulla stessa scheda, perché il tempo di ritardo della trasmissione del segnale a schede diverse non è uguale, che può causare l'errore del generatore del registro di spostamento. Se non può essere messo su una scheda, la lunghezza delle linee di orologio dalla sorgente comune dell'orologio a ogni scheda deve essere uguale dove la sincronizzazione è la chiave.

4, Considerazione del cablaggio

Con il completamento della progettazione di rete otni e stella, ci saranno più schede con linea di segnale ad alta velocità superiore a 100MHz da progettare. Ecco alcuni concetti di base della linea ad alta velocità.

Linea di trasmissione:

Qualsiasi percorso di segnale "lungo" sul circuito stampato può essere considerato come una sorta di linea di trasmissione. Se il tempo di ritardo di trasmissione della linea è molto più breve del tempo di salita del segnale, la riflessione del segnale principale generato durante il tempo di salita del segnale sarà sommersa. Per la maggior parte dei circuiti MOS, il rapporto tra tempo di salita e tempo di ritardo della linea è molto più grande, quindi la lunghezza della linea può essere misurata in metri senza distorsione del segnale. Per circuiti logici veloci, in particolare ECL ad altissima velocità.

Ci sono due modi per far funzionare il circuito ad alta velocità su una linea relativamente lunga senza gravi distorsioni della forma d'onda. TTL adotta il metodo del morsetto Schottky per il bordo di caduta veloce, in modo che l'overshoot è bloccato ad una caduta di tensione del diodo di livello uno inferiore al potenziale di terra, che riduce l'ampiezza dell'impulso posteriore e consente l'overshoot al bordo di salita lenta, ma è attenuato dall'impedenza di uscita relativamente elevata (50-80 Ω) del circuito nello stato di livello "H". Inoltre, a causa dell'elevata immunità dello stato di livello "H", il problema del rinculo non è molto evidente. Per i dispositivi di serie HCT, se il bloccaggio del diodo Schottky e il metodo di terminazione di serie sono utilizzati, l'effetto di miglioramento sarà più evidente.

Quando c'è una ventola fuori lungo la linea del segnale, il metodo di formatura TTL descritto sopra sembra essere insufficiente a velocità di bit più elevata e velocità di bordo più veloce. Poiché ci sono onde di riflessione nella linea, tendono a sintetizzare ad alta bit rate, con conseguente grave distorsione del segnale e bassa capacità anti-interferenza. Pertanto, al fine di risolvere il problema di riflessione, un altro metodo è solitamente utilizzato nel sistema ECL: il metodo di corrispondenza dell'impedenza di linea. In questo modo, la riflessione può essere controllata e l'integrità del segnale può essere garantita.

In senso stretto, per i dispositivi TTL e CMOS convenzionali con velocità di bordo più lenta, le linee di trasmissione non sono molto necessarie. Per i dispositivi ECL ad alta velocità con velocità di bordo più elevata, le linee di trasmissione non sono sempre necessarie. Tuttavia, quando si utilizzano linee di trasmissione, hanno i vantaggi di prevedere il ritardo della linea e controllare la riflessione e l'oscillazione tramite l'accoppiamento dell'impedenza.

1. Fattori fondamentali per decidere se utilizzare o meno la linea di trasmissione:

(1) Lungo la velocità del segnale di sistema, (2) distanza di connessione, (3) carico capacitivo (fan out), (4) carico resistivo (modalità di terminazione della linea)(5) percentuale ammissibile di rinculo e overshoot (riduzione dell'immunità CA).

2. Diversi tipi di linee di trasmissione

(1) Coppia coassiale e twisted: sono spesso utilizzati per connessioni di sistema a sistema. L'impedenza caratteristica del cavo coassiale è di solito 50 Ω e 75 Ω, e quella della coppia attorcigliata è di solito 110 Ω.

(2) Linea di microstrip sul circuito stampato: una linea di microstrip è un conduttore di striscia (linea di segnale). È separato dal piano di terra da un dielettrico. Se lo spessore, la larghezza e la distanza della linea dal piano di terra sono controllabili, allora anche la sua impedenza caratteristica è controllabile. L'impedenza caratteristica Z0 della linea microstrip è:

Diversi tipi di linee di trasmissione PCB

(3) Stripline nel circuito stampato: una stripline è una stripline di rame posizionata nel mezzo del dielettrico tra due piani conduttivi. Se lo spessore e la larghezza della linea, la costante dielettrica del mezzo e la distanza tra due piani conduttivi sono controllabili, allora anche l'impedenza caratteristica della linea è controllabile:

Striscia in circuito stampato

3. Terminare la linea di trasmissione

Se l'estremità ricevente di una linea è terminata con una resistenza pari all'impedenza caratteristica della linea, la linea di trasmissione è chiamata collegamento terminale parallelo. Viene utilizzato principalmente per ottenere le migliori prestazioni elettriche, compreso l'azionamento del carico distribuito.

A volte, al fine di risparmiare il consumo energetico, un 104 è collegato in serie alla resistenza di terminazione per formare un circuito di terminazione CA, che può efficacemente ridurre la perdita DC.

Una resistenza è collegata in serie tra il driver e la linea di trasmissione e il terminale della linea non è più collegato con la resistenza terminale. Questo metodo di terminazione è chiamato terminazione di serie. L'overshoot e l'anello delle lunghe linee possono essere controllati da smorzamento di serie o tecnologia di terminazione di serie. Lo smorzamento di serie è realizzato utilizzando una piccola resistenza (generalmente 10-75 Ω) collegata in serie con l'estremità di uscita del cancello di guida. Questo metodo di smorzamento è adatto per il collegamento con linee la cui caratteristica impedenza è controllata (come cavi backplane, circuiti stampati senza piano di terra, la maggior parte dei fili di avvolgimento, ecc.).

In conclusione: Se padroneggi i passaggi di cui sopra, puoi facilmente creare un buon PCB, ma ci vogliono anni per padroneggiare queste abilità, ma non devi preoccuparti, IPCB ha una ricca esperienza, se hai domande tecniche o di prodotto, non esitare a contattarci, siamo lieti di comunicare con te.