전자 설계 - PCB 혼합 신호 회로기판 설계 가이드

현대의 회로기판 설계에 있어서 혼합신호 PCB의 개념은 상대적으로 모호하다. 왜냐하면 순"디지털"장비에서도 여전히 아날로그회로와 아날로그효과가 존재하기때문이다.따라서 설계 초기 단계에서 엄격한 시퀀스 할당을 신뢰할 수 있도록 시뮬레이션 효과를 시뮬레이션해야 합니다.

현대 하이브리드 신호 PCB 설계의 또 다른 어려움은 GTL, LVTTL, LVCMOS 및 LVDS 논리와 같은 점점 더 많은 디지털 논리 장치가 있다는 것입니다.각 논리 회로의 논리 임계값과 전압 진동은 다르지만, 전압 진동이 있는 이러한 서로 다른 논리 임계값은 PCB에서 함께 설계되어야 합니다.여기서 고밀도, 고성능, 혼합신호 PCB의 배치와 배선 설계를 깊이 분석함으로써 성공적인 전략과 기술을 습득할 수 있다.

혼합 신호 회로 경로설정 기초

동일한 보드에서 디지털 및 아날로그 회로가 동일한 구성 요소를 공유하는 경우 회로의 레이아웃과 경로설정이 원활해야 합니다.그림 1에 표시된 행렬은 혼합 신호 PCB의 설계 및 계획을 지원합니다.디지털 및 아날로그 회로의 특성을 제시해야만 실제 레이아웃과 케이블링에서 필요한 PCB 설계 목표를 달성할 수 있습니다.

혼합 신호 PCB 설계에서는 전원 배선에 특별한 요구 사항이 있으며 아날로그 노이즈와 디지털 회로 노이즈는 노이즈 결합을 피하기 위해 서로 격리되어야합니다.따라서 레이아웃과 경로설정의 복잡성이 증가합니다.송전선로의 특수한 요구사항과 격리아날로그와 디지털회로간의 소음결합에 대한 요구는 혼합신호PCB의 배치와 배선의 복잡성을 한층 더 증가시켰다.

현대 하이브리드 신호 PCB의 레이아웃 및 케이블 연결

다음은 OC48 인터페이스 카드의 설계를 통해 혼합 신호 PCB의 배치와 배선 기술을 설명할 것이다.OC48은 기본적으로 2.5Gb 직렬 광통신에 대한 광반송파 표준 48을 나타냅니다.그것은 현대 통신 설비의 대용량 광통신 표준 중의 하나이다.OC48 인터페이스 카드에는 몇 가지 일반적인 혼합 신호 PCB 레이아웃과 케이블 연결 문제가 포함되어 있습니다.레이아웃 및 경로설정 프로세스는 블렌드 신호 PCB 레이아웃을 해결하는 순서와 단계를 지정합니다.

OC48 카드에는 광 신호와 아날로그 신호의 양방향 변환을 위한 광 트랜시버가 포함되어 있습니다.아날로그 신호 입력 또는 출력 디지털 신호 프로세서, DSP는 이러한 아날로그 신호를 디지털 논리 레벨로 변환하여 OC48 카드의 마이크로프로세서, 프로그래밍 가능한 게이트 어레이, DSP 및 마이크로프로세서 시스템 인터페이스 회로와 연결할 수 있다.또한 독립적인 자물쇠 링, 전력 필터 및 로컬 참조 전압 소스가 통합되어 있습니다.

이 중 마이크로프로세서는 다중 전원 장치로 주 전원은 2V이며 3.3V I/O 신호 전원은 보드의 다른 디지털 장치가 공유한다.독립형 디지털 클럭 소스는 OC48 I/O, 마이크로프로세서 및 시스템 I/O에 클럭을 제공합니다.

OC48 보드 레이아웃

광 트랜시버와 DSP 사이의 고속 아날로그 신호는 외부 소음에 매우 민감합니다.이와 마찬가지로 모든 특수 전원 및 참조 전압 회로는 카드의 아날로그와 디지털 전력 전송 회로 간의 많은 결합을 초래합니다.섀시 형태에 따라 고밀도 보드를 설계해야 하는 경우도 있습니다.외부 광 케이블의 카드 액세스 위치가 높고 광 트랜시버의 어셈블리 크기가 상대적으로 높기 때문에 카드에서 트랜시버의 위치는 대부분 고정됩니다.시스템 I/O 커넥터의 위치와 신호 분포도 고정되어 있습니다.이것은 배치하기 전에 반드시 완성해야 할 기초 작업이다.

대부분의 성공적인 고밀도 시뮬레이션 레이아웃 및 경로설정 시나리오와 마찬가지로 레이아웃은 경로설정 요구 사항을 충족해야 하며 레이아웃과 경로설정 요구 사항의 균형을 맞춰야 합니다.혼합 신호 PCB의 아날로그 부분과 작동 전압이 2V인 로컬 CPU 코어의 경우,"케이블 연결 전 레이아웃"방법을 사용하는 것이 권장되지 않습니다.OC48 카드의 경우 먼저 아날로그 참조 전압 및 아날로그 전원 바이패스 커패시터가 포함된 DSP 아날로그 회로 부분을 상호 경로설정해야 합니다.경로설정이 완료되면 아날로그 어셈블리와 경로설정이 있는 전체 DSP가 광 트랜시버와 충분히 가까운 위치에 배치되어 고속 아날로그 차분 신호에서 DSP로의 경로설정 길이, 벤드 및 오버홀이 가장 짧아야 합니다.차등 레이아웃과 경로설정의 대칭성은 공통 모드 노이즈의 영향을 줄입니다.그러나 경로설정하기 전에는 레이아웃의 최적 시나리오를 예측하기 어렵습니다.

PCB 레이아웃에 대한 설계 지침은 칩 유통업체에 문의하십시오.지침에 따라 설계하기 전에 유통업체의 애플리케이션 엔지니어와 충분히 소통할 필요가 있습니다.많은 칩 유통업체들은 고품질 레이아웃 조언을 제공하는 데 엄격한 시간 제한을 가지고 있다.때때로 고객이 제공하는 솔루션은 장비를 사용하는 "1급 고객" 에게 적합합니다.신호 무결성(SI) 설계 분야에서는 신형 부품의 신호 무결성 설계가 특히 중요하다.유통업체의 기본 지침에 따라 패키지의 각 전원 공급 장치 및 접지 핀에 대한 구체적인 요구 사항과 함께 DSP 및 마이크로프로세서가 통합된 OC48 카드를 배치하고 배선할 수 있습니다.

고주파 아날로그 부분의 위치와 경로설정이 결정되면 상자도에 표시된 그룹화 방법에 따라 나머지 디지털 회로를 배치할 수 있습니다.아날로그 신호에 민감도가 높은 CPU에서 PLL 전력 필터 회로의 위치를 신중하게 설계하십시오.로컬 CPU 코어 전압 조절기,디지털 마이크로프로세서의 참조 전압 회로.

디지털 배선에 대한 전기 및 제조 지침은 현재 설계에 적절히 적용될 수 있습니다.위의 고속 디지털 버스 및 클럭 신호의 신호 무결성 설계는 프로세서 버스, 균형 Ts 및 일부 클럭 신호 경로설정의 시간 지연이 일치하는 특수 경로설정 토폴로지 요구 사항을 보여줍니다.그러나 당신은 모를 수도 있습니다. 누군가가 터미널 저항기를 추가하는 업데이트를 제안했습니다.

문제를 해결하는 과정에서 배치 단계에서 일부 조정을 하는 것은 매우 자연스러운 것이다.그러나 경로설정을 시작하기 전에 중요한 단계는 배치 계획에 따라 디지털 부품의 타이밍을 확인하는 것입니다.이 시점에서 보드에 대한 전체 DFM/DFT 레이아웃 검토는 보드가 고객의 요구 사항을 충족하는지 확인하는 데 도움이 될 것입니다.

OC48 카드 디지털 연결

디지털 장치의 전원 코드와 혼합 신호 DSP의 디지털 부분의 경우 디지털 케이블링은 SMD 탈출 모드로 시작해야 합니다.어셈블 프로세스에서 허용되는 가장 짧고 넓은 플롯 선을 사용합니다.고주파 장치의 경우, 전원 공급 장치의 인쇄 회로는 작은 전기 감각에 해당하며, 이는 전원 소음을 악화시키고 아날로그 회로와 디지털 회로 사이의 기대하지 않는 결합을 초래합니다.출력 궤적이 길수록 전기 감각이 커진다.

디지털 바이패스 콘덴서를 사용하면 최적의 레이아웃과 케이블 연결 시나리오를 얻을 수 있습니다.간단히 말해서, 필요에 따라 바이패스 콘덴서의 위치를 미세하게 조정하여 디지털 구성 요소와 혼합 신호 구성 요소 주위에 쉽게 설치하고 배포할 수 있도록 합니다.동일 최단 및 최폭 궤적 방법을 사용하여 바이패스 콘덴서를 경로설정합니다.

요약

OC48 보드 레이아웃 보드가 완료되면 신호 무결성 검증 및 시퀀스 시뮬레이션이 필요합니다.시뮬레이션이 증명하다싶이 이 배선인도는 예기요구를 만족시키고 2층버스의 시계렬지표를 제고시켰다.마지막으로 설계 규칙 검토, 최종 제조 검토, 광 마스크 및 검토를 수행하여 PCB 보드 공장 제조업체에 발급한 후 보드 레이아웃 작업을 공식적으로 종료합니다.