PCB 블로그 - DSP 고속 PCB 보드의 간섭 방지 설계

디지털 신호 처리기 (DSP) 가 널리 응용됨에 따라 DSP 기반 고속 신호 처리 PCB 보드의 디자인이 특히 중요합니다.DSP 시스템에서 DSP 마이크로프로세서의 작동 주파수는 수백 MHz에 달할 수 있으며, 재설정, 중단선 및 제어선, 집적 회로 스위치, 고정밀 a/D 변환 회로 및 희미한 아날로그 신호가 포함된 회로는 간섭을 받기 쉽다;그러므로 안정적이고 신뢰할 수 있는 DSP 시스템을 설계하고 개발하려면 방해 방지 설계가 매우 중요하다.에너지를 방해하거나 방해하면 수신기가 원치 않는 상태가 됩니다.간섭에는 직접 (도체, 공용 임피던스 등의 결합을 통해) 과 간접 (직렬 또는 방사선 결합을 통해) 의 두 가지 유형이 있습니다.많은 전기 발사원, 예를 들면 램프, 모터, 형광등은 모두 방해를 일으킬 수 있는데, 전자기 방해는 세 가지 필요한 영향 방식이 있는데, 즉 방해원, 전파 경로와 방해 수용체이다.그 중 하나만 끊으면 돼.전자기 간섭 문제.

1. DSP 시스템의 간섭으로 인한 분석

안정적이고 신뢰할 수 있는 DSP 시스템을 만들기 위해서는 모든 면에서 간섭을 제거해야 하며, 완전히 제거할 수는 없더라도 가능한 한 간섭을 줄여야 한다.DSP 시스템의 경우 주요 간섭은 다음과 같습니다.

1) 입력 및 출력 채널 간섭.DSP 시스템의 데이터 수집 링크와 같은 전방향 채널과 후방 채널을 통해 시스템에 진입하는 것을 의미하며, 간섭은 센서를 통해 신호에 중첩되어 데이터 수집의 오차를 증가시킨다.출력 링크에서 간섭은 출력 데이터의 오류를 증가시키거나 심지어 완전한 오류를 초래하여 시스템 충돌을 초래할 수 있다.광 결합 부품을 합리적으로 사용하여 입력과 출력 채널의 간섭을 줄일 수 있다.센서 및 DSP 마스터 시스템의 간섭에 대해서는 전기 격리를 사용하여 양간섭을 도입할 수 있습니다.

2) 전력 시스템의 간섭.전체 DSP 시스템의 주요 간섭 소스입니다.전원 공급 장치가 시스템에 전원을 공급할 때 전원 공급 장치에 소음을 증가시키기 때문에 전원 칩 회로를 설계할 때 전원 코드는 반드시 분리되어야 한다.

3) 공간 복사 결합 간섭.방사선을 통과하는 결합을 일반적으로 직렬 교란이라고 한다.전류가 도선을 통과할 때 직렬 교란이 발생하여 전자장이 인접 도선에서 순간적 전류를 감지하여 인접 신호가 왜곡되거나 심지어 오류를 초래할 수 있다.직렬 교란의 강도는 부품, 컨덕터의 기하학적 형태 및 분리 거리에 따라 달라집니다.DSP 경로설정에서 신호선 사이의 거리가 클수록 지선과 가까울수록 간섭을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

2. 간섭의 원인에 맞게 PCB 보드 설계

다음은 DSP 시스템의 PCB 보드 제조 과정에서 발생하는 다양한 간섭을 줄이는 방법입니다.

2.1 다층판의 층압 설계

DSP 고속 디지털 회로에서 신호 품질을 향상시키고 배선의 난이도를 낮추기 위해 시스템을 추가하는 EMC는 일반적으로 다중 레이어 보드의 스태킹 설계를 사용합니다.스태킹 설계는 짧은 반환 경로를 제공하여 결합 면적을 줄이고 차형 간섭을 억제합니다.스태킹 설계에서 전용 전원 평면과 접지 평면을 할당하고 접지 평면과 전원 평면을 긴밀하게 결합하여 공통 모드 간섭을 억제합니다 (인접 평면을 사용하여 전원 평면의 AC 임피던스를 감소시킵니다).최상위 계층 아래에는 접지 평면을 통과하지 않고도 구성 요소의 전원 핀을 전원에 직접 연결할 수 있는 전원 계층이 있습니다.중요한 신호는 라우팅 공간이 더 넓어지고 장치가 가능한 한 같은 계층에 배치되도록 기본 (하위) 에서 선택됩니다.필요하지 않으면 두 겹의 부품으로 판을 만들지 마라. 이는 조립 시간과 조립 복잡성을 증가시킨다.예를 들어 최상위 레벨의 경우 최상위 레벨 어셈블리가 너무 밀집되어 있을 때만 높이가 제한되고 발열량이 낮은 장치 (예: 디커플링 콘덴서 (패치)) 를 하위에 배치합니다.DSP 시스템의 경우 스태킹 설계를 사용하여 내부에 케이블을 경로설정할 수 있는 와이어를 많이 배치해야 할 수 있습니다.만약 전통적인 구멍이 귀중한 배선 공간을 많이 낭비한다면, 블라인드 구멍을 사용하여 배선 면적을 늘릴 수 있다.

2.2 레이아웃 설계

DSP 시스템의 성능을 얻기 위해서는 부품의 배치가 매우 중요하다.먼저 DSP, Flash, SRAM 및 CPLD 장치를 배치합니다. 이러한 장치는 라우팅 공간을 신중하게 고려한 다음 기능 독립의 원칙에 따라 다른 IC를 배치하고 I/O 포트의 배치를 고려해야 합니다.상술한 배치와 결합하여 PCB 판의 크기를 고려한다: 만약 크기가 너무 크면 인쇄 회선이 너무 길어 임피던스가 증가하고 소음 방지 능력이 낮아지며 판을 제작하는 비용도 증가한다;PCB 보드가 너무 작으면 발열이 낮고 공간이 제한되어 인접 회선이 방해받기 쉽다.따라서 실제 필요에 따라 장치를 선택하고 경로설정 공간에 따라 PCB의 크기를 대략적으로 계산해야 합니다.DSP 시스템을 배치할 때는 다음 어셈블리의 배치에 특히 주의해야 합니다.

1) 고속 신호 레이아웃: 전체 DSP 시스템에서 주요 고속 디지털 신호선은 DSP, Flash 및 SRAM 사이에 있기 때문에 장치 간의 거리는 가능한 한 가깝고 연결은 가능한 한 짧으며 직접 연결해야 합니다.따라서 전송선이 신호 품질에 미치는 영향을 줄이기 위해서는 고속 신호 흔적선이 가능한 한 짧아야 한다.또한 수백 MHz 속도의 많은 DSP 칩에는 뱀 모양의 권선이 필요하다는 점도 고려해야 한다.이렇게 하면 아래 연결선에 강조 표시됩니다.

2) 다이 블록 레이아웃: 대부분의 DSP 시스템은 단일 기능 회로가 아니며 CM0S의 디지털 및 다이 블록 혼합 부품을 많이 사용하기 때문에 다이 블록을 개별적으로 레이아웃해야 합니다.아날로그 신호 설비는 가능한 한 집중하여 아날로그가 전체 디지털지의 중간에 아날로그 신호에 속하는 독립된 구역을 그릴 수 있도록 함으로써 디지털 신호가 아날로그 신호에 대한 방해를 피해야 한다.D/A 동글과 같은 일부 디지털 혼합 장치는 전통적으로 아날로그 장치로 간주되었으며, 아날로그 바닥에 배치되어 디지털 노이즈를 신호 소스에 피드백하여 디지털 노이즈를 줄일 수 있도록 디지털 루프를 제공합니다.아날로그 접지에 미치는 영향.

3) 클럭 레이아웃: 클럭, 칩 선택 및 버스 신호의 경우 I/O 및 커넥터에서 가능한 멀리 떨어져 있어야 합니다.DSP 시스템의 시계 입력은 간섭을 받기 쉬우며 처리가 매우 중요합니다.항상 클럭 발생기를 DSP 칩에 최대한 가깝게 하고 클럭 선을 최대한 짧게 만듭니다.시계 결정 발진기의 케이스 접지.

4) 디커플링 레이아웃: 집적회로칩의 전원에 있는 전압의 순간적인 과충을 줄이기 위해 집적회로칩에 디커플링 콘덴서를 추가하여 가시가 전원에 미치는 영향을 효과적으로 제거하고 PCB판의 전원 회로를 줄일 수 있다.반사디커플링 콘덴서를 추가하면 집적회로 부품의 고주파 소음을 우회할 수 있고, 집적회로 그리드를 전환하는 순간 충전과 방전 에너지를 제공하고 흡수하는 저장 콘덴서로 사용할 수 있다.DSP 시스템에서 디커플링 커패시터는 DSP, SRAM, Flash 등과 같은 각 집적 회로에 배치되어 각 전원과 칩 접지 사이에 추가되며, 디커플링 커패시터는 가능한 한 전원과 IC에 가깝도록 주의해야 한다.부분 발.전원 공급 장치 (전원 포트) 에서 IC 까지의 전류의 순도를 확인하고 노이즈 경로를 최소화합니다.커패시터를 처리할 때 큰 오버홀 또는 여러 개의 오버홀을 사용하며, 오버홀과 커패시터 사이의 연결은 가능한 한 짧고 두꺼워야 한다.두 개의 오버홀이 멀리 떨어져 있을 때 경로가 너무 커서 좋지 않습니다.디커플링 콘덴서의 두 구멍은 긴밀할수록 좋으며, 이렇게 하면 소음이 짧은 경로로 지면에 도달할 수 있다.또한 전원 입력이나 배터리가 공급되는 곳에 고주파 콘덴서를 추가하는 것은 매우 유익하다.정상적인 상황에서 디커플링 콘덴서의 값은 그다지 엄격하지 않다.일반적으로 C = l/에 따라 계산됩니다. 즉, 주파수가 10MHz일 때 0.1 ° F의 콘덴서를 가져옵니다.

5) 전원 공급 장치의 레이아웃: DSP 시스템을 개발할 때 전원 공급 장치를 신중하게 고려해야 합니다.일부 전원 칩은 많은 열을 발생시키기 때문에 열을 방출하는 데 유리한 위치에 우선적으로 배치하고 다른 구성 요소와 일정한 거리를 분리해야 합니다.발열량은 히트싱크를 추가하거나 장비 아래에 구리를 배치하여 수행할 수 있습니다.개발 보드의 아래쪽에 가열 어셈블리를 배치하지 않도록 주의하십시오.

6) 기타 고려 사항: DSP 시스템의 다른 어셈블리 레이아웃의 경우 가능한 용접, 디버깅 및 멋진 요구 사항을 고려해야 합니다.예를 들어, 전위계, 가변 감지 코일, 가변 콘덴서 및 DIP 스위치와 같은 가변 장치는 전체 구조와 결합되어야합니다.15g 이상의 장치의 경우 고정 브래킷을 추가한 다음 용접해야 하며 PCB 보드의 위치 구멍과 고정 브래킷이 차지하는 위치에 특히 주의해야 합니다.PCB 보드 가장자리의 구성 요소와 PCB 보드 가장자리 사이의 거리는 일반적으로 2mm 이상이며 PCB 보드는 직사각형이고 종횡비는 3: 2 또는 4입니다.삼.

2.3 경로설정 설계

DSP 시스템의 간섭 방지와 레이아웃에 대한 EMC 기능 향상을 종합적으로 고려한 후 케이블 연결에 몇 가지 조치와 기술을 적용해야 합니다.

1) DSP 경로설정: 일반적으로 경로설정은 장치에서 시작되며 장치 주위에서 확장됩니다. PQFP(Plastic Quad FIat Pack) 또는 BGA(BaIl Grid Array)에 패키지된 장치의 경우 DSP와 같이 경로설정 방향은 SRAM, Flash 및 CPLD의 배치 위치에 따라 대략적으로 결정되어야 합니다.부채질은 QFP 및 BGA 장치에 특히 중요합니다.배선 초기에 BGA형 부품의 핀을 부채질하면 후속 배선 시간을 절약하고 배선의 품질과 효율을 높일 수 있다.케이블 연결 시 전원 PCB 보드의 동적 케이블 연결과 같은 EDA 도구의 특성을 적절히 활용하여 공간을 계획합니다.동적을 사용할 때 이 기능은 공간의 낭비 없이 선과 선 사이의 공간을 자동으로 규칙 범위 내에 유지하여 후속 수정을 줄이고 경로설정의 품질과 효율성을 향상시킵니다.고속 DSP의 경우 직렬 및 지연 튜닝의 라우팅 처리에도 유의해야 합니다.파이톤 처리는 신호의 무결성과 고속 신호 참조 평면의 연속성을 보장합니다.평면을 구분해야 할 경우 고속선이 불연속적인 평면을 통과하지 않도록 주의하십시오.교차해야 하는 경우 평면에 커패시터를 추가합니다.신호선 (흔적선) 간격이 신호선 너비의 3배일 때 신호끼리 서로 교란(결합)할 확률은 약 25%에 불과하기 때문에 전자기 교란(EMI)에 대한 요구를 충족시킬 수 있다.따라서 CLK와 SRAM과 같은 고속 신호선의 경우 옆에 있는 신호선과 3배 이상 거리를 두는 것을 기억하십시오.길이를 조정할 때, 다시 말해서, 뱀 모양의 궤적은 선과 선의 폭이 신호선 너비의 3배 이상이어야 하며, 자신의 신호선에 대해서도 신호선의 3배 너비여야 한다.선폭은 5밀이, 권선 내부의 거리는 15밀이로 선폭의 3배보다 크거나 같다.

2) 클럭 경로설정: 클럭 신호의 경우 다른 신호의 경로설정 거리를 최대화하여 선가중치의 4배 이상 거리를 두고 클럭 (일부) 에서 경로설정하지 않도록 합니다.아날로그 전압 입력선의 경우 참고 전압 단자와 I/O 신호선은 가능한 한 시계에서 멀리 떨어져 있습니다.

3) 시스템 전원 처리: 전원 공급 장치는 시스템의 중요한 구성 요소입니다.PCB 보드의 스태킹 설계에는 별도의 전원 레이어가 할당되어 있지만 DSP 시스템에는 다양한 디지털 및 아날로그 장치가 있기 때문에 다양한 전원도 사용되므로 전원 레이어는 동일한 전원 특성을 가진 장치로 구분됩니다.같은 영역으로 나누어 근처의 전원 평면에 연결할 수 있습니다.그러나 분할할 때는 참조 전력 평면의 신호가 연속되도록 주의해야 합니다.실험이 증명하다싶이 40밀의 귀선폭을 통과하는 전류가 1A임을 보장할수 있다.오버홀 L의 경우 1A의 전류는 16밀리 귀의 드릴 지름을 통과할 수 있으므로 DSP 시스템의 경우 전원 코드가 20밀리 귀보다 클 수 있습니다.전력선의 전자기 복사 방호에 대해서는 다음과 같은 몇 가지를 주의해야 한다: 바이패스 콘덴서를 사용하여 회로 기판에서 교류 전류의 누출을 제한한다;상기 전력선에 공모압류 코일을 직렬로 연결하여 상기 선로를 흐르는 공모전류를 억제한다;자기 복사 영역을 줄이기 위해 가까이 경로설정합니다.

4) 접지 처리: 모든 EMC 문제에서 주요 문제는 부적절한 접지로 인해 발생합니다.지선 처리의 품질은 시스템의 안정성과 신뢰성에 직접적인 영향을 미친다.접지는 다음과 같은 기능을 가지고 있다: 출력선의 공통 모드 전압 VCM을 낮춘다;정전기(ESD)에 대한 민감도를 낮춥니다.전자기 복사를 줄이다.고주파 디지털 회로와 저주파 아날로그 회로의 접지 회로는 혼합할 수 없으며, 디지털/아날로그 접지는 반드시 분리되어야 한다. 왜냐하면 디지털 회로가 고전위와 저전위 사이를 전환할 때 전원과 접지에서 소음이 발생하기 때문이다.접지 평면이 분리되지 않으면 아날로그 신호는 여전히 땅 소음입니다.방해그러므로 고주파신호는 다점직렬접지를 채용하고 지선은 될수록 두껍게 하고 단축해야 한다. 이렇게 하면 전압을 낮추는외에 더욱 중요한것은 결합소음을 낮추는것이다.그러나 한 시스템의 경우 아무리 구분해도 최종 지면은 하나지만 방전 경로는 다르다.따라서 혼합 신호의 간섭을 제거하기 위해 자기 구슬 또는 0n 저항기를 통해 디지털 및 아날로그적으로 연결됩니다.지면을 나눌 때는 참조 평면의 연속성을 보장해야 합니다.디지털/아날로그가 공존하는 PCB 보드의 경우 아날로그 신호선이 멀리 떨어져 있으면 참조 반환 경로도 아날로그 접지를 시도해 보십시오.즉, 아날로그 접지는 참조 평면의 연속성을 보장하기 위해 아날로그 신호가 접지층에 있는 경로를 따라 절단되어 아날로그 접지를 참조해야 합니다.

5) 기타 고려 사항: 경로설정 과정에서 와이어의 코너는 일반적으로 90 ° 의 접선을 형성하여 고주파 신호의 외부 방출 결합을 줄여서는 안 됩니다.PCB에 구리를 깔 때는 넓은 면적의 동박을 사용하지 않도록 해야 한다. 그렇지 않으면 동박이 장시간 가열되면 쉽게 떨어질 수 있다.넓은 면적의 동박을 사용해야 할 때 격자로 대체하면 동박과 기판을 제거하는데 유리하다.접착제는 휘발성 기체를 생성하기 위해 가열된다.관통부 발(DIPPIN)에 깔린 동박도 핫패드로 처리한다.허위 용접을 피하여 생산량을 높여야 한다.입력 및 출력 모서리는 반사 간섭을 방지하기 위해 서로 인접하지 않아야 합니다.필요한 경우 격리를 위해 접지선을 추가합니다.인접한 두 레이어의 경로설정은 서로 수직이어야 하며 병렬 결합을 쉽게 생성할 수 있습니다.I/O의 경우 서로 다른 I/O 신호가 PCB 보드에서 서로 간섭하지 않도록 각 참조 평면의 다른 영역을 구분할 수 있습니다.