PCB 기술 - 혼합 신호 PCB 설계에서의 레이아웃 및 경로설정 방법 분석

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, 혼합 신호 PCB 레이아웃 및 케이블 연결 설계에 대한 심층 분석을 통해 성공적인 전략과 기술을 습득할 수 있습니다.

혼합 신호 회로 경로설정 기초

동일한 보드에서 디지털 및 아날로그 회로가 동일한 구성 요소를 공유하는 경우 회로의 레이아웃과 경로설정이 원활해야 합니다.

혼합 신호 PCB 설계에서는 아날로그 노이즈와 디지털 회로 노이즈가 서로 격리되어 노이즈 결합을 피할 수 있도록 전원 배선에 특별한 요구 사항이 있습니다.따라서 레이아웃과 경로설정의 복잡성이 증가합니다.송전선로의 특수한 요구사항과 격리아날로그와 디지털회로간의 소음결합에 대한 요구는 혼합신호PCB의 배치와 배선의 복잡성을 한층 더 증가시켰다.

A/D 동글에 있는 아날로그 증폭기의 전원과 A/D 동글의 디지털 전원이 연결되어 있으면 회로의 아날로그 부분과 디지털 부분의 상호 영향을 일으킬 가능성이 높습니다.아마도 입력 / 출력 커넥터의 위치 때문에 레이아웃 체계는 숫자와 아날로그 회로의 배선을 혼합해야 할 것이다.

레이아웃과 경로설정에 앞서 엔지니어는 레이아웃과 경로설정 시나리오의 기본 취약점을 파악해야 합니다.잘못된 판단을 하더라도 대부분의 엔지니어는 레이아웃과 케이블 정보를 사용하여 잠재적인 전기 영향을 식별하는 경향이 있습니다.

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.

다양한 기능 회로 블록의 레이아웃 및 경로설정 요구 사항을 확인한 후에는 처음에는 12 레이어를 사용하는 것이 좋습니다.마이크로밴드와 밴드형 선층의 배치는 인접한 배선층의 결합을 안전하게 줄이고 임피던스 제어를 개선할 수 있다.접지층은 민감한 아날로그 참조 소스, CPU 코어 및 PLL 필터 전원 공급 장치의 케이블을 계층 1과 계층 2 사이에 설정하여 계층 1의 마이크로프로세서 및 DSP 장치와 분리합니다.전원 및 접지 평면은 OC48 카드에서 3.3V 전원 평면을 공유하는 것과 동일한 쌍으로 항상 나타납니다.이렇게 하면 전원 공급 장치와 땅 사이의 임피던스가 감소하여 전원 신호의 노이즈가 감소합니다.

전원 평면 근처에서 디지털 시계선과 고주파 아날로그 신호선을 실행하지 마십시오. 그렇지 않으면 전원 신호의 소음이 민감한 아날로그 신호에 결합됩니다.

특히 혼합 신호 장치의 입력 및 출력에서는 디지털 신호 경로설정의 필요에 따라 전원 및 아날로그 접지 평면 개구 (분할) 를 사용하는 것을 신중하게 고려합니다.인접한 신호 레이어의 개구를 통과하면 임피던스 불연속성과 낮은 전송선 루프가 발생합니다.이로 인해 신호 품질, 타이밍 및 EMI 문제가 발생합니다.

때때로 여러 개의 접지층을 추가하거나 여러 개의 바깥쪽을 장치 아래의 로컬 전원 레이어나 접지층으로 사용하면 입구를 없애고 상술한 문제를 피할 수 있다.OC48 인터페이스 카드에는 여러 개의 접지층이 사용됩니다.개구부와 경로설정 레이어의 위치를 스택하여 대칭적으로 유지하면 카드 변형을 방지하고 제조 프로세스를 단순화할 수 있습니다.1온스의 복동층 압판은 큰 전류에 대한 내성이 매우 높기 때문에 3.3V 전원층과 상응하는 접지층은 1온스의 동복층 압판을 사용해야 하고, 기타 층은 0.5온스의 복동층 압판을 사용할 수 있다.이것은 전압 파동으로 인한 순간적인 고전류나 최고봉을 줄일 수 있다.

복잡한 시스템을 접지층에서 위로 설계하는 경우 0.093인치 및 0.100인치 두께의 카드를 사용하여 경로설정 및 접지 분리층을 지지해야 합니다.카드의 두께도 구멍 통과 용접 디스크의 크기와 구멍의 경로설정 피쳐에 따라 조정해야 구멍 지름과 최종 품목 카드 두께의 종횡비가 제조업체에서 제공한 금속화 구멍의 종횡비를 초과하지 않도록 할 수 있습니다.

만약 당신이 배선 층수가 가장 적은 저비용, 고생산량의 상업제품을 설계하고 싶다면, 배치나 배선하기 전에 혼합 신호 PCB의 모든 특수 전원의 배선 세부 사항을 자세히 고려해야 한다.레이아웃 및 케이블 연결을 시작하기 전에 대상 제조업체에서 초기 계층화 계획을 검토하도록 합니다.기본적으로 계층은 최종 품목의 두께, 계층 수, 구리의 무게, 임피던스 (공차 포함) 및 최소 오버홀 용접 디스크 및 구멍의 크기를 기준으로 해야 합니다.제조업체는 서면 계층화 권장 사항을 제공해야 합니다.

이 시나리오에는 임피던스 밴드 및 마이크로밴드 라인을 제어하는 모든 구성 예제가 포함되어야 합니다.임피던스 예측을 제조업체의 임피던스와 결합해야 합니다.그런 다음 CAD 경로설정 규칙 개발을 위한 시뮬레이션 도구에서 이러한 임피던스 예측을 사용하여 신호 경로설정 특성을 검증합니다.

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.