PCB技術 - 混合信号PCB設計のレイアウトと配線方法の解析

現代のもう一つの困難 混合信号PCB設計 は、より多くの異なるデジタル論理デバイスがあることです, GTLのような, LVTTL, LVCMOSとLVDS論理. 各論理回路の論理しきい値と電圧振幅は異なる, しかし、これらの異なる論理しきい値は、電圧スイングを有する回路をPCB上で一緒に設計しなければならない. ヒア, 高密度の徹底分析, 高性能, 混合信号PCB レイアウトと配線設計, あなたは成功戦略と技術を習得することができます.

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。

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。

A／D変換器のアナログアンプの電源とA／D変換器のデジタル電源とが接続されていると、アナログ部と回路部の相互影響が生じるおそれがある。おそらく、入出力コネクタの位置のために、レイアウト計画はデジタルおよびアナログ回路の配線を混合しなければならない。

レイアウトとルーティングの前に、エンジニアはレイアウトとルーティング計画の基本的な弱点を理解しなければなりません。偽の判断でさえ、大部分のエンジニアは、潜在的電気効果を特定するためにレイアウトと配線情報を使用する傾向があります。

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。

異なる機能回路ブロックのレイアウトと配線要件をチェックした後に、12層板は最初に推薦されます。マイクロストリップおよびストリップライン層の構成は、隣接する配線層の結合を安全に低減し、インピーダンス制御を改善することができる。接地レイヤーは、第1のレイヤー上のマイクロプロセッサおよびDSPデバイスから、敏感なアナログ基準ソース、CPUコアおよびPLLフィルタ電源の配線を絶縁するために第1および第2のレイヤーの間でセットされる。パワーとグラウンドプレーンは常にペアで、共有3.3 V電源プレーンのOC 48カードで行われたものと同じです。これにより、電源と接地との間のインピーダンスが低減され、それにより電力信号のノイズが低減される。

電源プレーンの近くでデジタル時計線と高周波アナログ信号線を走らせないでください、さもなければ、電力信号の雑音は敏感なアナログ信号に連結されます。

デジタル信号配線のニーズに応じて、特に混合信号デバイスの入力端および出力端において、電力およびアナログ接地面開口（スプリット）の使用を注意深く考慮する。隣接する信号層の開口部を通過することにより、インピーダンス不連続および伝送線路ループが悪い。これらは信号品質、タイミング、およびEMI問題を引き起こします。

時々、いくつかの接地層を追加するか、またはデバイスの下のローカルパワー層または接地層のためにいくつかの外側の層を使用することによって、開口部を除去し、上記の問題を回避することができる。OC 48インタフェースカードに複数の接地層を使用します。開口層および配線層の位置のスタティック対称性を維持することにより、カード変形を回避し、製造工程を簡略化することができる。銅クラッド積層材の1オンスは大きな電流に対して高い抵抗性を有しているので、3.1 Vのパワー層とそれに対応する接地層には1オンスの銅クラッド積層材を使用し、他の層には0.5Åの銅クラッド積層体を使用することができる。これは、電圧変動に起因する過渡的な高い電流またはスパイクを減少させることができる。

あなたが地上飛行機から複雑なシステムを設計するならば、あなたは配線層と地上分離層をサポートするために0.093インチと0.100インチの厚さでカードを使用しなければなりません。また、カードの厚さは、バイアパッドの大きさやホールの配線特性に応じて調整しなければならないので、完成したカードの厚さに対するホール径のアスペクト比は製造者が提供するメタライズ穴のアスペクト比を超えない。

あなたが低コストを設計したいならば, 配線層の数が少ない高収率の商用製品, あなたは慎重にすべての特殊電源の配線の詳細を検討する必要があります 混合信号PCB レイアウトまたは配線の前に. レイアウトとルーティングを開始する前に, ターゲットメーカによる予備層計画の見直し. Basically, 層は、完成品の厚さに基づいているべきである, 層の数, 銅の重さ, the impedance (with tolerance), と最小のビアパッドとホールのサイズ. 製造業者は、書面による層の推薦を提供すべきである.

提案された提案は、制御インピーダンスストリップラインとマイクロストリップラインのすべての構成例を含むべきである。あなたのインピーダンス予測をメーカーのインピーダンスと組み合わせる必要があります。次に、これらのインピーダンス予測を用いて、CADルーティングルールを開発するために使用されるシミュレーションツールの信号ルーティング特性を検証する。

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。

チップのディストリビュータを参照してください 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. に 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.