전자 설계 - DSP 기반 고속 PCB 간섭 방지 설계

소개

DSP (디지털 신호 처리기) 가 널리 응용됨에 따라 DSP 기반 고속 신호 처리 PCB 보드의 디자인이 특히 중요합니다.DSP 시스템에서 DSP 마이크로프로세서는 최대 수백 MHz까지 작동합니다.그것의 재설정선, 중단선 및 제어선, 집적회로 스위치, 고정밀 A/D 변환 회로 및 미약한 아날로그 신호를 포함하는 회로는 모두 쉽게 방해를 받을 수 있다;그러므로 안정적이고 신뢰할 수 있는 DSP 시스템을 설계하고 개발하려면 방해 방지 설계가 매우 중요하다.

1 DSP 시스템 간섭 분석

DSP 시스템의 경우 주요 간섭은 다음과 같습니다.

1. I/O 채널 간섭.DSP 시스템의 데이터 수집 링크와 같은 전방향 채널과 후방 채널을 통해 시스템에 들어오는 간섭을 말합니다.간섭은 센서를 통해 신호에 겹쳐 데이터 수집의 오차를 증가시켰다.출력 링크에서 간섭은 출력 데이터의 오류를 증가시키고 심지어 완전한 오류를 초래하여 시스템 충돌을 초래할 수 있다.광 결합 장치를 합리적으로 사용하여 입력 및 출력 채널의 간섭을 줄일 수 있으며 센서 및 DSP 마스터 시스템의 간섭과 전화 차단 간섭을 사용할 수 있습니다.

2.전력 시스템의 간섭.전체 DSP 시스템의 주요 간섭 소스입니다.전원 공급 장치는 시스템에 전원을 공급하는 동안 소음을 전원에 추가합니다.전원 칩의 회로 설계 과정에서 전원 코드는 반드시 분리되어야 한다.

3.공간 복사 결합 간섭.방사선을 통과하는 결합을 일반적으로 직렬 교란이라고 한다.직렬 교란은 전류가 도선을 통과할 때 발생하는 전자장에서 발생하며, 전자장은 인접한 도선에서 순간적인 전류를 감지하여 부근의 신호가 왜곡되거나 심지어 오류가 발생한다.직렬 교란의 강도는 부품과 컨덕터의 형상 크기와 분리 거리에 따라 달라집니다.DSP 경로설정에서 신호선의 간격이 클수록 지선과 가까울수록 간섭을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

2 간섭 원인에 대한 PCB 설계

다음은 DSP 시스템의 PCB 제조 과정에서 발생하는 다양한 간섭을 줄이는 방법을 보여줍니다.

2.1 다중 레이어 설계

DSP 고속 디지털 회로에서 신호 품질을 향상시키고 배선의 난이도를 낮추기 위해 시스템을 추가하는 EMC는 일반적으로 다중 레이어 설계를 사용합니다.스태킹 설계는 가장 짧은 반환 경로를 제공하여 결합 면적을 줄이고 차형 간섭을 억제합니다.스택 설계에서 전용 전력 계층과 접지 계층의 분포와 접지 계층과 전력 계층의 긴밀한 결합은 공통 모드 간섭을 억제하는 데 도움이 됩니다 (인접 평면을 사용하여 전력 평면의 교류 임피던스를 감소시킵니다).레이어 설계 시나리오는 4 레이어를 예로 들어 설명합니다.

이런 4층 PCB 설계 구조를 채택하면 장점이 많다.최상위 계층 아래에는 접지 평면을 통과하지 않고도 구성 요소의 전원 핀을 전원에 직접 연결할 수 있는 전원 계층이 있습니다.핵심 신호는 베이스 (베이스) 에 선택되어 중요한 신호의 배선 공간이 더 넓어지고 부품이 가능한 한 같은 층에 배치됩니다.

2.2 레이아웃 설계

부품의 레이아웃은 DSP 시스템의 최상의 성능을 위해 매우 중요합니다.먼저 DSP, Flash, SRAM 및 CPLD 장치를 배치하고 케이블 연결 공간을 신중하게 고려한 다음 기능 독립의 원칙에 따라 다른 IC를 배치하고 마지막으로 I/O 포트의 배치를 고려합니다.위의 레이아웃과 결합하여 PCB 크기를 고려합니다: 크기가 너무 크면 인쇄 회선이 너무 길어져 임피던스가 증가하고 소음 방지성이 낮아지며 보드 비용이 증가합니다.PCB가 너무 작으면 발열 효과가 좋지 않고 공간이 제한되어 인접 회선이 방해받기 쉽다.따라서 실제 필요에 따라 배선 공간과 결합하여 장치를 선택하고 PCB의 크기를 대략적으로 계산해야합니다.DSP 시스템을 배치할 때는 다음 장치의 배치에 특히 주의해야 합니다.

(1) 고속 신호 레이아웃

전체 DSP 시스템에서 주요 고속 디지털 신호선은 DSP와 Flash 및 SRAM 사이에 있으므로 장치 간의 거리가 가능한 한 가깝고 연결이 가능한 한 짧고 직접 연결되어야 합니다.따라서 전송선이 신호 품질에 미치는 영향을 줄이기 위해서는 고속 신호 흔적선이 가능한 한 짧아야 한다.또한 수백 MHz 속도의 많은 DSP 칩을 고려하여 파이톤 링 (지연 튜닝) 이 필요합니다.이것은 아래의 연결선에서 강조될 것이다.

(2) 디지털 아날로그 장치 레이아웃

대부분의 DSP 시스템은 단일 기능 회로가 없으며 CM0S 디지털 장치와 다이 모드 혼합 장치를 많이 사용하므로 다이 모드 레이아웃을 분리해야 합니다.아날로그 신호 설비는 가능한 한 집중하여 아날로그가 전체 디지털지의 중간에 아날로그 신호에 속하는 독립된 구역을 그려 디지털 신호가 아날로그 신호에 대한 방해를 피할 수 있도록 한다.D/A 동글과 같은 일부 디지털 혼합 장치는 전통적으로 아날로그 장치로 간주되어 아날로그 바닥에 배치되고 디지털 노이즈가 신호 소스에 피드백될 수 있도록 디지털 노이즈가 아날로그 지역에 미치는 영향을 줄이기 위해 디지털 루프를 제공합니다.

(3) 시계의 레이아웃

클럭, 칩 선택 및 버스 신호의 경우 I/O 케이블 및 커넥터에서 가능한 멀리 떨어져 있어야 합니다.DSP 시스템의 시계 입력은 간섭을 받기 쉬우며 처리가 매우 중요합니다.항상 클럭 발생기가 가능한 한 DSP 칩에 가깝고 클럭 선을 가능한 한 짧게 만듭니다.시계 결정 발진기의 케이스는 선택적으로 접지한다.

(4) 디커플링 레이아웃

집적회로칩 전원에 있는 전압의 순간적인 과충을 줄이기 위해 집적회로칩에 디커플링 콘덴서를 추가하면 스퍼트가 전원에 미치는 영향을 효과적으로 제거하고 PCB에서 전원 회로의 반사를 줄일 수 있다.디커플링 콘덴서를 추가하면 집적회로 부품의 고주파 소음을 우회할 수 있고, 에너지 저장 콘덴서로 사용할 수 있으며, 집적회로 게이트 스위치 에너지의 순간 충전과 방전을 제공하고 흡수할 수 있다.

DSP 시스템에서는 DSP, SRAM, Flash 등 각 집적 회로에 디커플링 커패시터를 배치하고 칩의 각 전원과 접지 사이에 추가하며 디커플링 커패시터가 가능한 한 전원 단자(원극)와 IC 소자 핀에 가깝도록 주의합니다.전원 단자(전원 단자) 및 IC에서 전류의 순도를 확인하고 노이즈 경로를 최소화합니다.

(5) 전원 레이아웃

DSP 시스템을 개발할 때는 전원을 신중하게 고려해야 합니다.일부 전원 칩은 많은 열을 발생시키기 때문에 열을 방출하는 데 유리한 위치에 배치하고 다른 PCB 구성 요소와 일정한 거리를 분리해야 합니다.히트싱크를 사용하거나 장비 아래에 구리 히트싱크를 배치할 수 있습니다.발열 어셈블리를 개발 보드의 아래쪽에 배치하지 않도록 주의하십시오.