PCB Tecnico - Considerazioni sul processo di progettazione dei PCB

La tecnologia I/O seriale gigabit ha prestazioni superiori estremamente eccezionali, ma queste prestazioni superiori richiedono condizioni per garantire, vale a dire un'eccellente integrità del segnale. Ad esempio, un fornitore ha riferito che quando ha provato per la prima volta a utilizzare un design seriale gigabit ad alta velocità per una specifica applicazione, il tasso di guasto era del 90%. Al fine di migliorare il tasso di successo, potremmo aver bisogno di eseguire simulazioni e adottare nuovi circuiti bypass più complessi. Le prestazioni GTP di Spartan-6 FPGA dipendono dall'integrità del segnale del PCB. Nel processo di progettazione del PCB devono essere considerati i seguenti fattori: la struttura laminata della scheda, il layout dei componenti e l'instradamento del segnale.

Per il ricetrasmettitore GTP di Spartan-6 FPGA, lo stack può essere diviso in due gruppi, il livello di distribuzione dell'energia e il livello di routing del segnale. Lo strato di alimentazione viene utilizzato per collegare i pin di alimentazione MGTACC, MGTAVCCPLL, MGTAVTTTX e MGTAVTTRX di GTP. Nella pila, la linea del segnale di trasmissione dello strato del piano di terra fornisce un percorso di ritorno del segnale. Allo stesso tempo, poiché c'è un piano schermato tra i due livelli di segnale, non è necessario considerare i problemi che devono essere presi in considerazione per il cablaggio di strati adiacenti quando il segnale viene instradato e sono forniti più percorsi di segnale. Il piano di potenza di GTP dovrebbe essere strettamente adiacente al piano di terra per aumentare l'effetto di accoppiamento. Il piano di terra può fornire schermatura per il piano di potenza di GTP e schermare il piano di potenza dalle interferenze di rumore causate dal segnale dello strato superiore o dello strato successivo. Considerate, infatti, da un'altra prospettiva, cioè, quando il rumore dell'alimentatore appare nella gamma ad alta frequenza, man mano che la frequenza aumenta, diventa sempre più difficile trovare un condensatore che possa coprire questa gamma di frequenze e ottenere un effetto filtrante fino a quando non è possibile trovare tale condensatore. Con la diminuzione del valore di capacità, l'induttanza randagio correlata e il valore di resistenza del pacchetto non cambiano di conseguenza, quindi la risposta in frequenza non cambierà molto. Per ottenere una migliore distribuzione dell'energia ad alte velocità, dobbiamo utilizzare lo strato di potenza e lo strato di terra per costruire i nostri condensatori. Per raggiungere i nostri obiettivi in modo più efficace, di solito è necessario utilizzare piani di potenza adiacenti e piani di terra. La connessione tra i pin di alimentazione GTP e la rete di distribuzione dell'energia gioca un ruolo chiave nelle prestazioni di GTP. PDN e FPGA hanno bisogno di connessioni a bassa impedenza e basso rumore. L'alimentatore GTP di FPGA può tollerare un rumore massimo di 10mVpp. Nell'intervallo da 10KHz a 80MHz, l'alimentatore può utilizzare un piccolo piano. Questo piccolo piano di potenza non deve coprire l'area dell'interfaccia SelectIO. Oltre a considerare il valore del condensatore bypass, un altro aspetto importante che deve essere considerato è il posizionamento del condensatore. La regola generale è che più grande è la capacità, meno rigorosi sono i requisiti di posizionamento. Se il valore del condensatore è piccolo, il condensatore dovrebbe essere il più vicino possibile ai pin di alimentazione e di massa. Un metodo che può essere utilizzato è quello di rimuovere le tracce e vias dell'IO generale inutilizzato per fare spazio al condensatore bypass La posizione dell'area di segmentazione di potenza GTP e la posizione del condensatore filtro GTP. Le tracce del segnale GTP e le tracce del segnale SelectIO devono essere evitate sui livelli adiacenti e i rispettivi percorsi di ritorno devono essere tenuti separati, compresi i vias. È importante mantenere una certa distanza tra coppie di linee differenziali e tra linee differenziali e altre linee. La regola generale è: la distanza tra le coppie di linee adiacenti deve essere almeno 5 volte la distanza tra le due linee della coppia di linee. Le linee differenziali di segnale Gigabit dovrebbero evitare di cambiare il più possibile lo strato di cablaggio. Se è necessaria una trasmissione a strati incrociati, è necessario prestare particolare attenzione. In primo luogo, deve essere fornito un percorso di ritorno completo. Quindi dobbiamo accoppiare lo strato di riferimento dello strato A e lo strato di riferimento dello strato B insieme. La situazione più ideale è che entrambi gli strati di riferimento sono strati. In questo caso, il percorso di ritorno può essere raggiunto posizionandone un altro collegando i due livelli di riferimento vicino al livello di trasferimento via. Se i piani di riferimento sono diversi (uno è il piano di terra e l'altro è il piano di potenza), è necessario posizionare un condensatore 0,01μF il più vicino possibile alla via per collegare i due piani di riferimento per ridurre l'impedenza del percorso di ritorno. Molti problemi possono essere incontrati nel processo di progettazione PCB, ma finché ogni dettaglio è fatto con attenzione, può essere progettato un buon schema PCB.