電子設計 - PCB混合信号回路基板設計指針

モダンボードデザイン, の概念 混合信号PCB 比較的曖昧である, 純粋に「デジタル」デバイスでさえ, アナログ回路とアナログ効果がある. したがって, 設計の初期段階で, 厳密なタイミング割り当てを確実に達成するために, シミュレーション効果をシミュレートしなければならない.

現代の混合信号PCB設計における別の難しさは、GTL、LVTTL、LVCMOSおよびLVDS論理のような、より多くの異なるデジタル論理デバイスが存在するということである。各々の論理回路の論理しきい値および電圧スイングは異なる。しかし、電圧スイングを有する回路はPCB上の一緒に設計されなければならない。ここでは，高密度，高性能，混合信号pcbsのレイアウトと配線設計の徹底的な分析により，成功した戦略と技術を習得できる。

混合信号回路配線の基礎

デジタルおよびアナログ回路が同じボード上の同じ構成要素を共有するとき、回路のレイアウトおよび配線は、方法論的でなければならない。図1に示すマトリックスは、混合信号PCBsの設計及び計画に有用である。ディジタル回路とアナログ回路の特性を明らかにするだけで，実際のレイアウトと配線で必要なpcb設計目標を達成できる。

混合信号pcb設計では，電源配線に特別な要求があり，雑音結合を避けるためにアナログ雑音とディジタル回路雑音を分離する必要がある。その結果、レイアウトおよび配線の複雑さが増加する。電力伝送ラインのための特別な要件およびアナログ回路とデジタル回路との間のノイズ結合を分離する要件は、混合信号PCBのレイアウトおよび配線の複雑さをさらに増大させた。

レイアウトとモダン 混合信号PCB

以下は、OC 48インタフェースカードの設計を通した混合信号PCBレイアウトとルーティングの技術を説明します。OC 48は、基本的に2.5 GBのシリアル光通信に向けられた光キャリア標準48を表している。現代通信機器における大容量光通信規格の一つである。OC 48インターフェースカードは、いくつかの典型的な混合信号PCBレイアウトと配線問題を含みます。レイアウトと配線プロセスは、混合信号PCBレイアウトスキームを解決するための手順と手順を指定する。

OC 48カードは、光信号とアナログ電気信号の双方向変換を実現する光トランシーバを含む。アナログ信号入出力デジタル信号プロセッサは、DSPがこれらのアナログ信号をデジタル論理レベルに変換する。独立した位相同期ループ、パワーフィルタおよびローカル基準電圧源もまた集積化される。

その中でも、マイクロプロセッサはマルチパワーデバイスであり、主電源は2 Vであり、3.3 VのI／O信号電力はボード上の他のデジタルデバイスによって共有される。独立デジタル時計源は、OC 48 I / O、マイクロプロセッサとシステムI / Oのために時計を提供します。

カードレイアウト

光トランシーバとDSPの間の高速アナログ信号は、外部ノイズに非常に敏感である。同様に、すべての特別な電源および基準電圧回路も、カードのアナログおよびデジタル電力伝送回路間の多くの結合を引き起こす。シャーシの形状によって制限される場合もあるが、高密度基板を設計しなければならない。外部の光ケーブル・アクセス・カードの高ポジションおよび光トランシーバの比較的高いコンポーネント・サイズのために、カードのトランシーバのポジションは、主に固定される。システムI / Oコネクタ位置と信号配布も、固定されます。これは、レイアウト前に完了する必要があります基本的な作業です。

最も成功した高密度アナログレイアウトとルーティング計画のように、レイアウトはルーティング要件を満たさなければなりません、そして、レイアウトとルーティング要件はバランスしなければなりません。混合信号PCBと2 V動作電圧のローカルCPUコアのアナログ部分については、「配線前レイアウト」方法を使用することは推奨されない。OC 48カードについては、まずアナログ基準電圧及びアナログ電源バイパスコンデンサを含むDSPアナログ回路部を相互に配線する必要がある。配線を完了した後に、アナログコンポーネント及び配線を有するDSP全体を、光学的トランシーバに十分に近接させて、高速アナログ差動信号からDSPへの最短配線長、屈曲及びビアを完全に確保する必要がある。差動レイアウトおよびルーティングの対称性は、コモンモードノイズの影響を低減する。しかし，ルーティング前のレイアウトの最適計画を予測することは困難である。

Consult the chip distributor for デザイン guidelines for PCB レイアウト. ガイドラインに従って設計する前に, それは、分配者のアプリケーションエンジニアと完全に通信する必要があります. 多くのチップ卸売業者は、高品質のレイアウト勧告を提供することに厳しい時間制約を持っている. 時々, 彼らが提供するソリューションは、デバイスを使用する“ファーストレベルの顧客”のために可能です. イン the field of signal integrity (SI) design, 新しいデバイスの信号完全性設計は特に重要である. ディストリビュータの旋風によると、基本的なガイドラインは、パッケージ内の各電源と接地ピンの特定の要件と組み合わせる, あなたは、統合されたDSPとマイクロプロセッサで.

高周波アナログ部の位置及び配線を決定した後、ブロック図に示すグルーピング方法に従って残りのディジタル回路を配置することができる。慎重に、以下の回路を設計することに注意してください：アナログ信号に対する感度が高いCPUのPLL電力フィルタ回路の位置ローカルCPUコア電圧調整器“ディジタル”マイクロプロセッサ用の基準電圧回路

デジタル配線のための電気および製造指針は、この時点で適切に設計に適用することができる。高速デジタルバスおよびクロック信号のシグナル完全性の上記の設計は、プロセッサバス、バランスTsおよび特定のクロック信号配線の時間遅延整合のためのいくつかの特別な配線トポロジー要件を明らかにする。しかし、あなたは知らないかもしれません、何人かの人々はまた、断定抵抗の数を増やすために、更新された提案を提出しました。

この問題を解決するためには、レイアウト段階の調整を行うことは当然である。しかし、配線を始める前に、レイアウト計画に従ってデジタル部のタイミングを確認することが重要なステップである。現時点では、ボードの完全なDFM / DFTのレイアウトのレビューは、カードが顧客のニーズを満たしていることを確認するのに役立ちます。

OC 48カードのデジタル配線

デジタルデバイスの電力線と混合信号DSPのデジタル部分については、デジタル配線はSMDエスケープパターンで開始する。アセンブリプロセスによって許可された最短の印刷ラインを使用します。高周波デバイスでは、電源のプリントラインは小さいインダクタンスに相当する。そして、それは電源ノイズを悪化させて、アナログおよびデジタル回路間の望ましくない結合を引き起こす。パワートレースが長いほどインダクタンスが大きくなる。

ディジタルバイパスコンデンサを用いることにより，最良のレイアウトとルーティング方式を得ることができる。要するに、必要に応じてバイパスコンデンサの位置を微調整して、それをデジタルコンポーネントと混合信号コンポーネントのまわりでインストールして、配布することを簡単にします。バイパスコンデンサをルートするために同じ「最短で最も広い跡」方法を使用してください。

要約する

完成後 カードレイアウト board, 信号完全性検証とタイミングシミュレーションが必要である. シミュレーションは、配線ガイダンスが予想される要件を満たして、第2のレイヤー母線のタイミング指標を改良するということを証明する. 最後に, デザインルールチェック, 最終製造レビュー, フォトマスクとレビューを行い PCB回路工場 manufacturer, その後、ボードのレイアウトタスクが正式に終了しました.