PCB Tecnico - Metodi e abilità di progettazione PCB 1

Come scegliere un Scheda PCB

1. La scelta di Scheda PCB must strike a balance between meeting design requirements and mass production and cost. I requisiti di progettazione includono parti elettriche e meccaniche. This material issue is usually more important when designing very high-speed Scheda PCBs (frequency greater than GHz). Per esempio, il materiale FR-4 comunemente usato, the dielectric loss at a frequency of several GHz will have a great influence on the signal attenuation, e potrebbe non essere adatto. As far as electricity is concerned, prestare attenzione a se la costante dielettrica e la perdita dielettrica sono adatti alla frequenza progettata.

2. Come evitare interferenze ad alta frequenza?

The basic idea of avoiding high-frequency interference is to minimize the interference of the electromagnetic field of high-frequency signals, which is the so-called crosstalk (Crosstalk). Can increase the distance between high-speed signal and analog signal, o aggiungere protezione a terra/shunt traces besides the analog signal. Anche, pay attention to the noise interference from the digital ground to the analog ground.

3. How to solve the problem of signal integrity in high-speed design?

L'integrità del segnale è fondamentalmente un problema di corrispondenza dell'impedenza. I fattori che influenzano la corrispondenza dell'impedenza includono la struttura e l'impedenza di uscita della sorgente del segnale, l'impedenza caratteristica della traccia, le caratteristiche dell'estremità di carico e la topologia della traccia. La soluzione è quella di terminare (terminazione) e regolare la topologia del cablaggio.

4. How is the differential wiring method realized?

Ci sono due punti a cui prestare attenzione nel layout della coppia differenziale. Uno è che la lunghezza dei due fili dovrebbe essere il più lunga possibile, e l'altro è che la distanza tra i due fili (questa distanza è determinata dall'impedenza differenziale) deve essere mantenuta costante, cioè per rimanere parallela. Ci sono due modi paralleli, uno è che i due fili corrono sullo stesso lato-by-side, e l'altro è che i due fili corrono su due strati adiacenti sopra e sotto (sopra-sotto). Generalmente, il primo ha più implementazioni affiancate.

5. How to implement differential wiring for a clock signal line with only one output terminal?

Uso di cavi differenziali, it makes sense that both the signal source and the receiving end are differential signals. Pertanto, it is impossible to use differential wiring for a clock signal with only one output terminal.

6. Può essere aggiunto un resistore corrispondente tra le coppie di linee differenziali all'estremità ricevente?

La resistenza corrispondente tra le coppie di linee differenziali all'estremità ricevente è solitamente aggiunta, and its value should be equal to the value of the differential impedance. In questo modo la qualità del segnale sarà migliore.

7. Perché il cablaggio della coppia differenziale dovrebbe essere più vicino e parallelo?

The wiring method of the differential pair should be appropriately close and parallel. La cosiddetta distanza appropriata è perché la distanza influenzerà il valore dell'impedenza differenziale, which is an important parameter for designing a differential pair. La necessità di parallelismo è anche di mantenere la coerenza dell'impedenza differenziale. If the two lines are suddenly far and near, l'impedenza differenziale sarà incoerente, which will affect the signal integrity and timing delay.

8. Come affrontare alcuni conflitti teorici nel cablaggio reale

1. Fondamentalmente, è giusto dividere e isolare il terreno analogico / digitale. Va notato che la traccia del segnale non dovrebbe attraversare il luogo diviso (fossato) il più possibile e il percorso della corrente di ritorno dell'alimentazione e del segnale non dovrebbe essere troppo grande.

2. L'oscillatore di cristallo è un circuito analogico di oscillazione di feedback positivo. To have a stable oscillation signal, deve soddisfare le specifiche di guadagno e fase del ciclo. The oscillation specifications of this analog signal are easily disturbed. Anche se vengono aggiunte tracce di protezione del suolo, it may not be able to completely isolate the interference. . E se è troppo lontano, the noise on the ground plane will also affect the positive feedback oscillation circuit. Pertanto, the distance between the crystal oscillator and the chip must be as close as possible.

3. È vero che vi sono molti conflitti tra cablaggio ad alta velocità e requisiti EMI. But the basic principle is that the resistance and capacitance or ferrite bead added by EMI cannot cause some electrical characteristics of the signal to fail to meet the specifications. Pertanto, it is best to use the skills of arranging traces and PCB stacking to solve or reduce EMI problems, come segnali ad alta velocità che vanno allo strato interno. Finally, Il condensatore di resistenza o il metodo della perlina di ferrite viene utilizzato per ridurre il danno al segnale.

9. Come risolvere la contraddizione tra cablaggio manuale e cablaggio automatico dei segnali ad alta velocità?

La maggior parte dei router automatici di software di cablaggio forte ora hanno impostato vincoli per controllare il metodo di avvolgimento e il numero di vias. Le capacità del motore di avvolgimento e gli elementi di impostazione dei vincoli di varie società EDA a volte differiscono notevolmente. Ad esempio, se ci sono abbastanza vincoli per controllare il modo di avvolgimento serpentino, se è possibile controllare la distanza di traccia della coppia differenziale, ecc Ciò influenzerà se il metodo di routing del routing automatico può soddisfare l'idea del progettista. Inoltre, la difficoltà di regolare manualmente il cablaggio è anche assolutamente correlata alla capacità del motore di avvolgimento. Ad esempio, la capacità di spinta della traccia, la capacità di spinta della via, e anche la capacità di spinta della traccia al rivestimento di rame e così via. Pertanto, la scelta di un router con forte capacità del motore di avvolgimento è la soluzione.

10. A proposito del coupon di prova.

The test coupon is used to measure whether the characteristic impedance of the produced Scheda PCB meets the design requirements with TDR (Time Domain Reflectometer). Generally, L'impedenza da controllare ha due casi: una linea singola e una coppia differenziale. Pertanto, the line width and line spacing on the test coupon (when there is a differential pair) should be the same as the line to be controlled. The most important thing is the location of the grounding point during measurement. Al fine di ridurre l'induttanza del piombo di terra, the grounding place of the TDR probe is usually very close to the probe tip. Therefore, the distance and method between the signal measurement point and the ground point on the test coupon Must match the probe used.

11. In high-speed PCB design, l'area vuota dello strato di segnale può essere rivestita di rame, and how should the copper coating of multiple signal layers be distributed on the ground and power supply?

Generalmente, la placcatura in rame nell'area vuota è per lo più messa a terra. Basta prestare attenzione alla distanza tra il rame e la linea del segnale quando si applica il rame accanto alla linea del segnale ad alta velocità, perché il rame applicato ridurrà leggermente l'impedenza caratteristica della traccia. Attenzione anche a non alterare l'impedenza caratteristica di altri strati, ad esempio nella struttura della doppia stripline.

12. Is it possible to use the microstrip line model to calculate the characteristic impedance of the signal line on the power plane? Il segnale tra l'alimentazione elettrica e il piano di terra può essere calcolato utilizzando il modello stripline?

Sì, nel calcolo dell'impedenza caratteristica, sia il piano di potenza che il piano di terra devono essere considerati piani di riferimento. Ad esempio, una scheda a quattro strati: strato superiore-potenza layer-ground layer-bottom layer. In questo momento, il modello di impedenza caratteristico dello strato superiore è un modello di linea microtrip con il piano di potenza come piano di riferimento.

13. I punti di prova possono essere generati automaticamente dal software su schede stampate ad alta densità in circostanze normali per soddisfare i requisiti di prova della produzione in serie?

Generalmente, se il software genera automaticamente punti di prova per soddisfare i requisiti di prova dipende se le specifiche per l'aggiunta di punti di prova soddisfano i requisiti dell'apparecchiatura di prova. Inoltre, se il cablaggio è troppo denso e le specifiche per l'aggiunta di punti di prova sono rigorose, potrebbe non essere possibile aggiungere automaticamente punti di prova a ciascun segmento della linea. Naturalmente, è necessario compilare manualmente i luoghi da testare.

14. L'aggiunta di punti di prova influenzerà la qualità dei segnali ad alta velocità?

Se influenzerà la qualità del segnale dipende dal metodo di aggiunta dei punti di prova e dalla velocità del segnale. Fondamentalmente, ulteriori punti di prova (non utilizzando il pin via o DIP esistente come punti di prova) possono essere aggiunti alla linea o tirati fuori una linea corta dalla linea. Il primo equivale ad aggiungere un piccolo condensatore sulla linea, mentre il secondo è un ramo extra. Entrambe queste condizioni influenzeranno più o meno il segnale ad alta velocità e il grado dell'effetto è correlato alla velocità di frequenza del segnale e alla velocità di bordo del segnale. L'entità dell'impatto può essere conosciuta attraverso la simulazione. In linea di principio, più piccolo è il punto di prova, meglio (naturalmente, deve soddisfare i requisiti dello strumento di prova) più corto è il ramo, meglio è.

15. Diversi PCB formano un sistema, come dovrebbero essere collegati i fili di terra tra le schede?

When the signal or power supply between each Scheda PCB è collegato tra loro, for example, quando la scheda A ha un alimentatore o viene inviato un segnale alla scheda B, there must be an equal amount of current flowing from the ground back to board A (this is Kirchoff current law). La corrente su questo terreno troverà il posto con la minore impedenza per fluire indietro. Therefore, ad ogni interfaccia, whether it is power or signal interconnection, il numero di perni assegnati allo strato di terra non dovrebbe essere troppo piccolo per ridurre l'impedenza, which can reduce the noise on the ground layer. Inoltre, you can also analyze the entire current loop, soprattutto la parte con una grande corrente, and adjust the connection of the ground layer or ground wire to control the current flow (for example, make a low impedance somewhere so that most of the current flows from this Go somewhere) to reduce the impact on other more sensitive signals.

16. Puoi introdurre alcuni libri tecnici stranieri e materiali sulla progettazione PCB ad alta velocità?

Al giorno d'oggi, i circuiti digitali ad alta velocità sono utilizzati in campi correlati come reti di comunicazione e computer. In termini di rete di comunicazione, la frequenza di lavoro della scheda PCB ha raggiunto fino a GHz e il numero di strati è alto fino a 40 strati, per quanto ne so. Le applicazioni relative al computer sono anche dovute all'avanzamento dei chip, che si tratti di un PC generale o di un server (Server), la più alta frequenza operativa sulla scheda ha raggiunto anche oltre 400MHz (come Rambus). In risposta a questa richiesta di cablaggio ad alta velocità e ad alta densità, i requisiti per vie cieche / sepolte, microbiche e processi di accumulo sono gradualmente aumentati. Questi requisiti di progettazione sono disponibili per la produzione in serie da parte dei produttori.

Here are a few good technical books:

1. Howard W. Johnson, "High-Speed Digital Design “ A Handbook of Black Magic";

2. Stephen H. Hall, "High-Speed Digital System Design";

3. Brian Yang, "Digital Signal Integrity";

4. Douglas Brook, "Problemi di integrità e progettazione di circuiti stampati".

17. Due formule di impedenza caratteristiche a cui si fa spesso riferimento:

a. Microstrip

Z={87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)] dove W è la larghezza della linea, T è lo spessore del rame della traccia e H è la traccia al piano di riferimento Distanza, Er è la costante dielettrica del materiale PCB. Questa formula deve essere applicata quando 0,1<(W/H)<2,0 e 1<(Er)<15.

b. stripline

Z=[60/sqrt(Er)]ln{4H/[0.67Ï(T+0.8W)]} where H is the distance between the two reference planes and the trace is located in the middle of the two reference planes. Questa formula deve essere applicata quando W/H<0.35 e T/H<0.25.

18. Può essere aggiunto un filo di terra al centro della linea di segnale differenziale?

It is generally not possible to add a ground wire in the middle of the differential signal. Perché il punto più importante del principio di applicazione dei segnali differenziali è quello di utilizzare i vantaggi dell'accoppiamento tra segnali differenziali, come cancellazione del flusso e immunità al rumore. If you add a ground wire in the middle, distruggerà l'effetto di accoppiamento.

19. La progettazione rigida-flessibile del bordo richiede software e specifiche speciali di progettazione? Dove possiamo intraprendere tale elaborazione del circuito stampato in Cina?

You can use general PCB design software to design a flexible printed circuit (Flexible Printed Circuit). È anche prodotto dai produttori FPC in formato Gerber. Since the manufacturing process is different from that of general PCBs, vari produttori avranno le loro limitazioni sulla larghezza minima della linea, minimum line spacing, e vias minimi in base alle loro capacità di produzione. In addition, può essere rinforzato posando qualche pelle di rame al punto di svolta del circuito flessibile. As for the manufacturer, Si può trovare su Internet "FPC" come query di parole chiave.

20. Qual è il principio di selezionare correttamente il punto di messa a terra tra il PCB e il caso?

The principle of selecting the PCB and shell grounding points is to use the chassis ground to provide a low-impedance path for the returning current and to control the path of the returning current. For example, usually near high-frequency devices or clock generators, fixed screws can be used to connect the ground layer of the PCB to the chassis ground to minimize the area of the entire current loop and reduce electromagnetic radiation.