PCB 블로그 - 고속 DSP 시스템 PCB 보드의 안정성 설계

고속 DSP 시스템 PCB 보드의 특징 및 신뢰성 설계에서 주의해야 할 몇 가지 문제, 전원 설계, 소프트웨어와 하드웨어의 간섭 방지 설계, 전자기 호환성 설계, 열 방출 설계 및 고속 회로의 중요한 신호선의 배선 방법을 포함하여 모든 설계를 더욱 효율적으로 한다.합리적이고 구현이 용이합니다.마이크로 전자 기술의 급속한 발전으로 인해 IC 칩으로 구성된 디지털 전자 시스템은 대규모, 작은 부피, 높은 속도의 방향으로 빠르게 발전하고 있으며 발전 속도는 점점 더 빨라지고 있다.새로운 부품의 응용으로 인해 현대 EDA 설계의 회로 레이아웃 밀도가 매우 높고 신호의 주파수도 매우 높다.고속 장치의 사용에 따라 고속 DSP (디지털 신호 처리) 시스템 설계가 점점 더 많아질 것이다.증가하는 시스템 데이터 속도, 클럭 속도, 회로 밀도를 특징으로 하는 설계에서 신호 문제는 중요한 문제가 되고 그 PCB는 저속 설계 특성과 매우 다른 행위, 즉 신호 완전성 문제, 간섭 심화 문제, 전자기 호환성 문제 등을 나타내도록 설계되었다.이러한 문제는 신호 왜곡, 타이밍 오류, 잘못된 데이터, 주소 및 제어선, 시스템 오류 또는 시스템 충돌을 직접 초래할 수 있습니다.제대로 해결되지 않으면 시스템 성능에 심각한 영향을 미치고 예측할 수 없는 손실을 초래할 수 있습니다.이러한 문제의 해결은 주로 회로 설계에 달려 있다.따라서 PCB 보드의 디자인 품질은 매우 중요하며 이것이 디자인 아이디어를 현실화하는 유일한 방법입니다.다음은 고속 DSP 시스템에서 PCB 보드의 신뢰성 설계에 주의해야 할 몇 가지 문제에 대해 토론했다.

전원 설계

고속 DSP 시스템 PCB 보드를 설계할 때 가장 먼저 고려해야 할 것은 전원 설계입니다.전원 설계에서는 일반적으로 다음과 같은 방법으로 신호 무결성 문제를 해결합니다.

전원 및 접지 분리 고려

DSP 작업 빈도가 증가함에 따라 DSP 및 기타 IC 컴포넌트는 소형화 및 밀집 패키지화되는 경향이 있습니다.회로 설계는 일반적으로 다중 레이어를 고려합니다.전원 공급 장치 및 접지에는 전용 레이어를 사용하는 것이 좋습니다.예를 들어, DSP의 I/O 전원 전압은 코어 전원 전압과 다르므로 두 개의 다른 전원 계층을 사용할 수 있습니다.다중 레이어의 높은 가공 비용을 고려한다면 케이블이 많거나 전원이 상대적으로 중요한 전원에 특수 레이어를 사용하거나 다른 전원 레이어를 사용할 수 있습니다.전원 공급 장치는 신호선과 동일하게 경로설정할 수 있지만 회선의 너비에 유의해야 합니다.보드에 특수한 접지층과 전원층이 있든 없든 전원과 접지 사이에 일정하고 합리적으로 분포된 용량을 추가해야 한다.공간을 절약하고 구멍의 수를 줄이기 위해 더 많은 슬라이스 콘덴서를 사용하는 것이 좋습니다.패치 커패시터는 PCB 플레이트의 후면, 즉 용접 표면에 배치할 수 있습니다.칩 콘덴서는 넓은 컨덕터로 구멍에 연결되고 구멍을 통해 전원과 접지층에 연결됩니다.

배전의 배선 규칙 고려

분리된 아날로그 및 디지털 전원 평면: 고속, 고정밀 아날로그 컴포넌트는 디지털 신호에 민감합니다.예를 들어, 앰프는 스위치 노이즈를 증폭시켜 펄스 신호에 가깝게 만들기 때문에 보드의 아날로그 및 디지털 부분에서 일반적으로 전력 평면을 분리해야합니다.

민감한 신호의 격리: 일부 민감한 신호 (예: 고주파 시계) 는 소음 방해에 특히 민감하므로 높은 수준의 격리 조치를 취해야 한다.고주파 클럭(20MHz 이상 또는 회전 시간이 5ns 미만인 클럭)은 지선으로 보호되어야 합니다.시계선의 너비는 최소 10밀이고 호송된 접지선의 너비는 최소 20밀이다.구멍과 지층의 접촉이 양호하여 5cm마다 구멍을 뚫어 지층과 연결한다;클럭 송신 측면에서는 22-220의 댐퍼 임피던스를 연결해야 합니다.이러한 회선에 의해 유입되는 신호 소음으로 인한 간섭을 피할 수 있다.

소프트웨어와 하드웨어의 간섭 방지 설계: 일반적으로 고속 DSP 응용 시스템의 PCB 보드는 사용자가 시스템의 구체적인 요구에 따라 설계한다.설계 능력과 실험실 조건이 제한되어 있기 때문에 완전하고 신뢰할 수 있는 간섭 방지 조치를 취하지 않으면 요구 사항을 만족시키지 못하는 작업 환경과 전자기 간섭으로 DSP 프로그램 프로세스가 혼란스러울 수 있습니다.DSP의 정상적인 작동 코드가 복구되지 않으면 프로그램이 제어되지 않거나 충돌하거나 일부 구성 요소가 손상될 수 있습니다.상응하는 방해 방지 조치를 취하는 것에 주의해야 한다.

하드웨어 간섭 방지 설계: 하드웨어 간섭 방지 효율이 높습니다.하드웨어 간섭 방지 설계는 시스템의 복잡성, 비용 및 볼륨을 모두 감당할 수 있는 경우에 가장 적합합니다.일반적인 하드웨어 간섭 방지 기술은 다음과 같이 요약할 수 있습니다.

(1) 하드웨어 필터: RC 필터는 다양한 고주파 간섭 신호를 크게 약화시킬 수 있습니다.이렇게 하면 "작은 장애" 간섭을 억제할 수 있습니다.

(2) 합리적 접지: 합리적으로 접지 시스템을 설계한다.고속 디지털 및 아날로그 회로 시스템의 경우 저항성이 낮고 넓은 면적의 접지 평면이 매우 중요합니다.접지층은 고주파 전류에 저임피던스의 반환 경로를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 EMI와 RFI를 더 작게 만들어 외부 간섭도 차단할 수 있다.PCB 보드를 설계할 때는 아날로그 접지와 디지털 접지를 분리해야 합니다.

(3) 차단 조치: 교류 전원, 고주파 전원, 강한 전기 설비와 아크에서 발생하는 불꽃은 전자파를 발생시켜 전자기 간섭의 소음원이 된다.상술한 장치는 금속 케이스에 둘러싸여 접지할 수 있다.전자기 감응으로 인한 간섭은 매우 효과적이다.

(4) 광학 격리: 광학 격리기는 서로 다른 회로 기판 사이의 상호 간섭을 효과적으로 피할 수 있다.고속 광 분리기는 일반적으로 DSP 및 센서, 스위치 등과 같은 다른 장치의 인터페이스에 사용됩니다.

소프트웨어 간섭 방지 설계: 소프트웨어 간섭 방지는 하드웨어 간섭 방지로 대체할 수 없는 장점을 가지고 있다.DSP 애플리케이션에서는 간섭의 영향을 억제하기 위해 소프트웨어의 간섭 방지 기능을 최대한 활용해야 합니다.다음은 몇 가지 효과적인 소프트웨어 방해 방지 방법을 제시하였다.

(1) 디지털 필터: 아날로그 입력 신호의 잡음은 디지털 필터를 통해 제거할 수 있습니다.일반적으로 사용되는 디지털 필터 기술에는 중간 값 필터, 산술 평균 필터 등이 포함됩니다.

(2) 트랩 설정: 사용되지 않는 프로그램 로케일에 프로그램을 시작합니다.프로그램이 방해를 받고 영역으로 건너뛰면 부트 프로그램은 강제 포획된 프로그램을 지정된 주소로 부트하고 그곳에서 특수 프로그램을 사용하여 고장난 프로그램을 수정합니다.보류 중입니다.

(3) 명령 이중화: 2바이트 명령과 3바이트 명령 다음에 2바이트 또는 3바이트의 비작동 명령인 NOP를 삽입하면 DSP 시스템이 프로그램의 방해를 받으면 프로그램이 자동으로 정확한 궤도에 진입하는 것을 방지할 수 있다.

(4) 문지기 시간 설정: 통제력을 잃은 프로그램이"무한 순환"에 들어가면 일반적으로"문지기"기술을 사용하여 프로그램이"무한 순환에서 벗어나게 한다.타이머를 사용하면 타이머가 설정된 주기에 따라 펄스를 발생시키는 원리다.이 펄스를 생성하지 않으려면 DSP가 타이머를 설정 주기보다 작은 시간 내에 지워야 합니다.그러나 DSP 프로그램이 실행될 때는 사용되지 않습니다.타이머는 규정대로 0이 되기 때문에 타이머에서 발생하는 펄스는 DSP를 재설정하고 초기화하기 위해 DSP 재설정 신호로 사용됩니다.

전자기 호환성 설계: 전자기 호환성은 복잡한 전자기 환경에서 전자 설비가 정상적으로 작동하는 능력을 가리킨다.전자기 호환성 설계의 목적은 전자 설비가 각종 외부 간섭을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 전자 설비가 다른 전자 설비에 대한 전자기 간섭도 줄일 수 있도록 하는 것이다.실제 PCB 보드에서는 인접 신호 사이에 전자기 간섭, 즉 직렬 교란이 많든 적든 존재한다.직렬 교란의 크기는 루프 사이의 분포 용량과 분포 감각과 관련이 있다.이러한 신호 간의 상호 전자기 간섭을 해결하기 위해 다음 조치를 취할 수 있습니다.

합리적인 도선 너비를 선택한다: 순간적 전류가 인쇄 도선에 미치는 충격 방해는 주로 인쇄 도선의 전감 분량에 의해 발생하며, 그 전감은 인쇄 도선의 길이와 정비례하고, 너비와 반비례한다.따라서 짧고 넓은 컨덕터를 사용하여 간섭을 억제하는 것이 좋습니다.버스 드라이브의 시계 지시선과 신호선은 일반적으로 큰 순간적 전류를 가지고 있으며 인쇄 도체는 가능한 한 짧아야 합니다.분립소자회로의 경우 인쇄도선의 너비는 요구를 만족시킬수 있으며 약 1.5mm이다.집적회로의 경우 인쇄 컨덕터의 너비는 0.2mm에서 1.0mm 사이를 선택합니다. 격자형 배선 구조를 사용합니다.구체적인 방법은 PCB의 인쇄회로기판의 첫 번째 층에 수평으로 배선한 다음 다음 층에 수직으로 배선하는 것이다.

방열 설계: 방열에 편리하도록 인쇄판을 독립적으로 설치하고 판의 간격은 2cm보다 커야 한다.동시에 인쇄판 상위 부품의 배열 법칙에 주의해야 한다.수평 방향에서 고출력 부품은 인쇄판의 가장자리에 최대한 가깝게 배치되어 열 전달 경로를 단축시킵니다.수직 방향에서 고출력 부품은 가능한 한 인쇄판의 상단에 접근하도록 배치되어 다른 부품의 온도에 미치는 영향을 줄인다.온도에 더 민감한 부품은 가능한 한 온도가 상대적으로 낮은 지역에 배치해야 하며, 발열량이 높은 장비 위에 직접 배치해서는 안 된다.고속 DSP 응용 시스템의 설계에서 완벽한 설계를 이론에서 현실로 전환하는 방법은 고품질의 PCB 보드에 달려 있습니다.DSP 회로의 작동 빈도는 점점 높아지고 핀은 점점 더 밀집되며 간섭은 점점 더 커집니다.어떻게 신호의 질을 높이느냐가 매우 중요하다.따라서 시스템의 성능이 양호한지는 설계자의 PCB 보드 품질과 분리할 수 없다.