PCB Tecnico - L'importanza e le prospettive future della progettazione PCB ad alta velocità

Che cosa è la progettazione ad alta velocità del pcb? La progettazione ad alta velocità si riferisce specificamente ai sistemi che utilizzano segnali digitali ad alta velocità per trasferire dati tra i componenti. La linea di demarcazione tra design digitali ad alta velocità e schede semplici che utilizzano protocolli digitali più lenti è offuscata. La metrica generale utilizzata per caratterizzare un particolare sistema come "alta velocità" è la velocità di bordo (o tempo di salita) dei segnali digitali utilizzati nel sistema. La maggior parte dei progetti digitali utilizza protocolli digitali ad alta velocità (velocità di bordo veloce) e bassa velocità (velocità di bordo lenta). Nell'era odierna dell'embedded computing e dell'Internet of Things, la maggior parte delle schede ad alta velocità hanno un front end RF per le comunicazioni wireless e la rete.

Pianificazione delle pile e delle impedenze PCB ad alta velocità

Lo stack PCB creato per la scheda ad alta velocità determinerà l'impedenza e quanto è facile instradare. Tutti gli stack PCB includono una serie di strati dedicati a segnali ad alta velocità, potenza e piani di terra. Ecco alcuni punti da considerare quando si assegnano livelli in uno stack:

Dimensione della scheda e numero di reti: quanto è grande la scheda e quante reti è necessario instradare nel layout PCB. Le schede fisicamente più grandi possono avere spazio sufficiente per consentire di instradare le reti in tutto il layout PCB senza utilizzare più livelli di segnale.

Densità di routing: con un numero elevato di reti e una dimensione della tavola limitata a una piccola area, non ci può essere molto spazio per routing intorno agli strati superficiali. Di conseguenza, avrai bisogno di più livelli di segnale interni quando gli allineamenti sono più vicini tra loro. L'utilizzo di una scheda di dimensioni più piccole può forzare una maggiore densità di cablaggio.

Numero di interfacce: A volte è una buona strategia collegare solo una o due interfacce per strato, a seconda della larghezza del bus (serie vs parallelo) e della dimensione della scheda. Mantenere tutti i segnali nello stesso livello per le interfacce digitali ad alta velocità assicura che tutti i segnali vedano impedenza e distorsione costanti.

Segnali RF e a bassa velocità: Ci saranno segnali digitali o RF a bassa velocità nella vostra progettazione digitale? In caso affermativo, questi possono occupare spazio sullo strato superficiale che potrebbe essere utilizzato per autobus o componenti ad alta velocità e possono richiedere ulteriori strati interni.

Integrità di potenza: uno dei capisaldi dell'integrità di potenza è l'uso di grandi piani di potenza e strati di terra per ciascuno dei livelli di tensione richiesti per i grandi circuiti integrati. Questi dovrebbero essere posizionati su strati adiacenti per aiutare a garantire che vi sia un'elevata capacità planare per sostenere la potenza stabilizzata dai condensatori di disaccoppiamento.

Linee guida per la progettazione di routing per PCB ad alta velocità

1. Basi e strategie di cablaggio

Metodi di routing: Questi includono routing su un lato, su due lati e su più strati, nonché routing automatico e interattivo. Il cablaggio interattivo è adatto a requisiti rigorosi della linea, il cablaggio automatico può essere gestito prima delle parti chiave per evitare linee parallele causate da interferenze di riflessione.

Ottimizzazione del cablaggio: L'efficienza del cablaggio automatico dipende da un buon layout e regole preimpostate, come il numero di curve del filo, il numero di vias, ecc. In primo luogo, eseguire il cablaggio della linea di collegamento veloce e breve, e quindi ottimizzare il percorso a livello globale.

2. Potenza e lavorazione a terra

Condensatore di disaccoppiamento: aggiungere tra potenza e terra per ridurre il rumore.

Progettazione della larghezza della linea: linea di terra > linea di alimentazione > linea di segnale, la larghezza della linea di segnale è raccomandata per essere 0,2-0,3mm, linea di alimentazione 1,2-2,5mm.

Grande strato di rame: utilizzare lo spazio inutilizzato come linea di terra, o separare gli strati di potenza e terra nella scheda multistrato.

3. Trattamento comune del terreno per circuiti digitali e analogici

Isolamento: Separare il terreno interno dei circuiti digitali e analogici, solo un po 'corto all'interfaccia esterna della scheda per ridurre le interferenze.

Layout: Segnali ad alta frequenza lontani da componenti analogici sensibili per garantire il percorso del segnale più breve e separare le linee di ingresso e uscita.

4. Linee di segnale e selezione dei livelli

Cablaggio dello strato di alimentazione (terra): Quando le risorse dello strato di segnale sono strette, considerare il cablaggio nello strato di alimentazione o di terra, dando priorità a mantenere l'integrità dello strato di terra.

5. Collegamento del conduttore di grande area

Isolamento termico: gambe componentistiche e connessione superficiale in rame di grande area utilizzando pastiglie crociformi per ridurre il rischio di saldatura falsa.

6. Progettazione del sistema di rete e della rete

Densità griglia: basata su 0,1 pollici o sui suoi multipli interi delle impostazioni, bilanciando la quantità di dati e il percorso di cablaggio, per evitare percorso inefficace.

7. Controllo delle regole di progettazione (RDC)

Revisione completa: Assicurare che la spaziatura del cavo, potenza / larghezza di terra, elaborazione del segnale critico, terra indipendente, evitando cortocircuiti, ecc. soddisfino i requisiti.

8.Considerazioni speciali

Nodi ad alta velocità: il cablaggio dell'orologio deve considerare i ritardi e utilizzare dispositivi di terminazione per ottimizzare il SI.

Selezione della tecnologia: la tecnologia di guida deve corrispondere ai requisiti del compito, considerare il tempo di aumento e la tolleranza al rumore.

Simulazione pre-cablaggio: Determina l'intervallo dei parametri e i risultati della simulazione guidano i vincoli di cablaggio.

Simulazione post-cablaggio: controllare i problemi di SI e temporizzazione, effettuare regolazioni tempestive.

Selezione dei modelli e tendenze future: enfatizzare l'accuratezza dei modelli, perseguire strumenti automatizzati per semplificare la progettazione SI e concentrarsi sulle nuove tecnologie.

La progettazione di cablaggio PCB ad alta velocità richiede un'attenta pianificazione, dall'elaborazione di alimentazione e terra all'isolamento digitale e analogico dei circuiti, alla scelta della strategia di cablaggio, ogni passo deve seguire regole rigorose e strumenti CAD per assistere.

Attraverso la verifica continua della simulazione e il controllo delle regole per garantire che la progettazione finale non solo soddisfi i requisiti di prestazione elettrica, ma abbia anche una buona fabbricabilità.

L'impedenza di allineamento è un elemento importante della progettazione PCB ad alta velocità, con la crescente complessità dei sistemi elettronici, anche i rischi di impedenza stanno aumentando, gli ingegneri devono fare un buon lavoro per garantire la competitività della progettazione di impedenza del prodotto e una delle fonti di impedenza è l'allineamento, parlare di come fare un buon lavoro nella progettazione di impedenza di allineamento, ridurre il suo impatto.

In generale, l'impedenza comune di allineamento può essere divisa in 50ohm monoended e 100ohm differenziale, naturalmente, appaiono sempre più tipi di impedenza, come 27ohm, 33ohm, 75ohm, 120ohm (diff), ecc., ma attualmente a 50ohm e 100ohm principalmente.

Nello stesso progetto possono esistere contemporaneamente più impedenze monofilari e impedenze differenziali, il che richiede l'uso di diverse larghezze di allineamento.

La progettazione PCB ad alta velocità svolge un ruolo critico nei dispositivi elettronici moderni, con l'obiettivo principale di ottimizzare la trasmissione del segnale e garantire l'integrità del segnale. Man mano che la tecnologia continua a progredire, la crescente complessità e integrazione dei sistemi elettronici rende ancora più importante la progettazione dell'impedenza. Gli ingegneri devono concentrarsi sul controllo dell'impedenza di allineamento per ridurre al minimo il ritardo del segnale, la distorsione e le interferenze per garantire prestazioni e competitività del prodotto.

Le prestazioni elettriche del PWB ad alta velocità possono essere efficacemente migliorate attraverso accurati stacking PCB, alimentazione e gestione a terra, layout della linea di segnale e controllo rigoroso delle regole di progettazione. Inoltre, la verifica della simulazione e la selezione dei modelli giocheranno un ruolo chiave nel processo di progettazione per garantire che il progetto finale soddisfi i requisiti di produzione. Guardando al futuro, con lo sviluppo di strumenti di automazione e l'emergere di nuove tecnologie, la progettazione PCB ad alta velocità si sposterà verso una maggiore precisione ed efficienza, aprendo la strada a prodotti elettronici intelligenti e ad alte prestazioni.