Data PCB - Rancangan papan PCB kelajuan tinggi berdasarkan PROTEL

Dalam proses kelajuan tinggi cetakan sirkuit dicetak desain, beberapa prinsip berkaitan dengan bentangan dan kawat yang perlu diperhatikan bila menggunakan perisian desain PROTEL, menyediakan beberapa teknik bentangan sirkuit kelajuan tinggi yang praktik dan terbukti, meningkatkan desain papan sirkuit kelajuan tinggi. kepercayaan dan sah. Keputusan menunjukkan bahawa rancangan memperpendek siklus pembangunan produk dan meningkatkan kepekatan pasar.

1. The question is raised
With the massive increase in the complexity and integration of electronic system desains, kelajuan jam dan masa peranti meningkat semakin cepat, dan desain sirkuit kelajuan tinggi telah menjadi bahagian penting dalam proses desain. Dalam desain sirkuit kelajuan tinggi, induktansi dan kapasitasi pada papan sirkuit boleh membuat wayar sama dengan garis penghantaran. Tempatan tidak betul bagi komponen penghentian atau laluan tidak betul bagi isyarat kelajuan tinggi boleh menyebabkan masalah dengan kesan garis penghantaran, menghasilkan output data yang salah dari sistem, operasi sirkuit tidak betul, atau bahkan tiada operasi sama sekali. Berdasarkan model garis penghantaran, ia boleh terkesimpulkan bahawa garis transmisi akan membawa kesan negatif seperti refleksi isyarat, crosstalk, gangguan elektromagnetik, bekalan kuasa dan bunyi tanah untuk desain sirkuit. Untuk merancang kelajuan tinggi Papan PCB yang boleh berfungsi dengan mudah, desain mesti dipertimbangkan secara penuh dan berhati-hati untuk menyelesaikan beberapa masalah yang tidak dipercayai yang mungkin berlaku semasa bentangan dan kabel, pendek siklus pembangunan produk, dan meningkatkan kompetitif pasar.

2. Layout design of high frequency system
In the Papan PCB desain sirkuit, bentangan adalah pautan yang penting, dan kualiti hasil bentangan akan mempengaruhi secara langsung kesan kawat dan kepercayaan sistem, yang memerlukan masa dan sukar dalam rekaan papan sirkuit cetak. Persekitaran kompleks frekuensi tinggi Papan PCB membuat ia sukar untuk menggunakan pengetahuan teori yang belajar untuk rancangan bentangan sistem frekuensi tinggi. Ia memerlukan bahawa orang layout mesti mempunyai pengalaman yang kaya dalam kelajuan tinggi Papan PCB making, untuk menghindari proses desain. Perjalanan, meningkatkan kepercayaan dan efektivitas kerja sirkuit. Dalam proses bentangan, pertimbangan meliputi seharusnya diberikan kepada struktur mekanik, penyesapan panas, gangguan elektromagnetik, kesehatan kabel masa depan, dan estetik. Pertama, bahagikan fungsi seluruh litar sebelum bentangan, memisahkan sirkuit frekuensi tinggi dari sirkuit frekuensi rendah, dan memisahkan sirkuit analog dari sirkuit digital. Hancurkan lambat penghantaran disebabkan oleh wayar panjang, dan meningkatkan kesan pemisahan kondensator. Selain itu, perhatikan kedudukan relatif dan orientasi komponen sirkuit dan tabung lain untuk mengurangi pengaruh bersama. All high frequency components should be kept away from the chassis and other metal plates to reduce parasitic sambungan. Kedua, perhatian patut diberikan kepada kesan panas dan elektromagnetik diantara komponen semasa bentangan. Kesan ini sangat serius bagi sistem frekuensi tinggi, dan tindakan perlu diambil untuk menjauhkannya atau mengisolasi, hilang panas dan perisai. Tuba penyesuaian kuasa tinggi dan tuba penyesuaian seharusnya dilengkapi dengan radiator dan seharusnya dijauhkan dari penyesuaian. Komponen tahan panas seperti kondensator elektrolitik patut disimpan jauh dari komponen pemanasan, jika tidak elektrolit akan kering, yang menyebabkan meningkat perlawanan dan prestasi buruk, yang akan mempengaruhi kestabilan litar. Sepatutnya ada cukup ruang dalam bentangan untuk mengatur struktur pengawal dan mencegah perkenalan beberapa pasangan parasit. Untuk mencegah sambungan elektromagnetik diantara ikol pada papan sirkuit cetak, kedua-dua kotol patut ditempatkan pada sudut kanan untuk mengurangi koeficien sambungan. Kaedah pengasingan plat menegak juga boleh digunakan. Guna langsung petunjuk komponen untuk menyelidiki sirkuit. Semakin pendek pemimpin, the better. Jangan guna sambungan dan pads solder, kerana terdapat kapasitas yang disebarkan dan induktan yang disebarkan antara pads tentera bersebelahan. Lupakan meletakkan komponen bunyi tinggi di sekitar oscilator kristal, RIN, Tekanan analog, dan jejak isyarat tegangan rujukan. Sementara memastikan kualiti dan kepercayaan yang ada, mempertimbangkan estetik keseluruhan, rancangan papan sirkuit yang masuk akal, komponen sepatutnya selari atau tegak ke permukaan papan, dan selari atau tegak ke pinggir papan utama. Penghapusan komponen pada permukaan papan sepatutnya sesuai mungkin, dan densiti sepatutnya sama. Dengan cara ini, ia bukan sahaja cantik, tetapi juga mudah untuk dipasang dan menyala, dan mudah untuk menghasilkan massa.

3. Wiring of high frequency system
In high-frequency circuits, parameter distribusi resistensi, kapasitas, inductance dan mutual inductance bagi wayar yang menyambung tidak dapat diabaikan. Dari perspektif anti-gangguan, wayar yang masuk akal adalah mencuba untuk mengurangi perlawanan garis, kapasitas yang disebarkan dan induktan yang sesat dalam sirkuit. , medan magnetik tersesat yang berkembang dikurangkan kepada darjah tertentu, supaya kapasitasi yang disebarkan, aliran magnetik kebocoran, elektromagnet mutual inductance dan gangguan lain disebabkan oleh bunyi sirkuit ditahan. Aplikasi alat desain PROTEL telah cukup umum di China. Namun, banyak desainer hanya fokus pada "kadar bentangan", dan peningkatan yang dilakukan pada alat reka-reka PROTEL untuk menyesuaikan dengan perubahan karakteristik peranti tidak digunakan dalam reka-reka, yang tidak hanya membuang sumber alat desain adalah serius, yang membuat sukar untuk melaksanakan prestasi yang hebat dari banyak peranti baru. Berikut memperkenalkan beberapa fungsi istimewa yang alat PROTEL99 SE boleh menyediakan.
(1) The less the leads between the pins of the high-frequency circuit device are bent, the better. Guna garis lurus penuh. Apabila ia perlu dipukul, ia boleh bengkok dengan garis melipat 45° atau lengkung bulatan, yang boleh mengurangkan emisi luaran isyarat frekuensi tinggi dan gangguan antara satu sama lain. coupling. When routing with PROTEL, select 45-Degrees or Rounded in "Routing Corners" in "Design" menu "rules". You can also use the shift+space key to quickly switch between lines.
(2) The shorter the lead between the pins of the high-frequency circuit device, the better. The effective means of PROTEL 99 to meet the wiring shortening is to make wiring reservations for individual key high-speed networks before automatic wiring. Pilih yang paling pendek dalam "Topologi Penghalaan" dalam menu "Design" peraturan.
(3) The less the alternation between the lead layers between the pins of the high-frequency circuit device, the better. Itulah, semakin sedikit vias digunakan dalam proses sambungan komponen, the better. A via can bring about 0.5pF kapasitas yang disebarkan, dan mengurangi bilangan botol boleh meningkatkan kelajuan secara signifikan.
(4) For high-frequency circuit wiring, perhatikan "gangguan salib" yang diperkenalkan oleh kabel selari garis isyarat. Jika distribusi selari tidak dapat dihindari, kawasan besar "tanah" boleh diatur di sisi bertentangan garis isyarat selari untuk mengurangkan gangguan besar. Garis paralel dalam lapisan yang sama hampir tidak dapat dihindari, tetapi dalam dua lapisan bersebelahan, arah garis mesti diambil untuk bertentangan satu sama lain, yang tidak sukar untuk dicapai dalam PROTEL tetapi mudah untuk diabaikan. Dalam menu "Design" peraturan "dalam "RoutingLayers", Pilih Mendatar untuk Pemain Atas dan Menegak untuk Lapisan Bawah. Selain itu, fungsi "Polygonplane" diberikan dalam "place", yang, permukaan foli tembaga grid poligon. Jika ditempatkan, poligon akan diambil sebagai satu permukaan seluruh papan sirkuit cetak, dan tembaga ini akan dipakai. Ia tersambung ke GND sirkuit, yang boleh meningkatkan kemampuan anti-gangguan frekuensi tinggi, dan juga mempunyai manfaat besar untuk penyebaran panas dan kekuatan papan cetakan.
(5) Measures to be surrounded by ground wires are implemented for particularly important signal lines or local units. "Outline selectedobjects" is provided in "Tools", which can be used to automatically "ground" the selected important signal lines (such as oscillator circuit LT and X1).
(6) Secara umum, garis kuasa dan garis tanah sirkuit ditetapkan lebih luas daripada garis isyarat. Anda boleh guna "Kelas" dalam menu "Design" untuk mengklasifikasikan rangkaian ke rangkaian kuasa dan rangkaian isyarat. Ia adalah sesuai untuk menggabungkan tetapan peraturan kawat. Tukar lebar baris garis kuasa dan garis isyarat.
(7) All kinds of traces cannot form a loop, dan wayar tanah tidak dapat membentuk gelung semasa. Jika sirkuit loop dijana, ia akan menyebabkan gangguan besar dalam sistem. Dalam hal ini, kaedah wayar rantai daisy boleh digunakan, yang dapat mengelakkan bentuk gelung, cabang atau tongkat pokok semasa kabel, tetapi ia juga membawa masalah tidak mudah kabel.
(8) According to the data and design of various chips, jangkaan semasa melewati garis kuasa dan menentukan lebar wayar yang diperlukan. Menurut formula empirik, it can be obtained: W (line width) ≥ L (mm/A) × I (A). Menurut saiz semasa, cuba meningkatkan lebar garis kuasa untuk mengurangi perlawanan loop. At the same time, arah garis kuasa dan garis tanah konsisten dengan arah penghantaran data, yang membantu meningkatkan kemampuan anti-bunyi. Apabila perlu, peranti tersedak frekuensi tinggi yang dibuat dari ferit luka wayar tembaga boleh ditambah ke garis kuasa dan garis tanah untuk menghalang kondukti bunyi frekuensi tinggi.
(9) The wiring width of the same network should be kept the same. Perubahan lebar baris akan menyebabkan keterangan tidak sama bagi baris. Apabila kelajuan penghantaran tinggi, refleksi akan berlaku, yang sepatutnya dihindari sebanyak mungkin dalam rancangan. At the same time, meningkatkan lebar baris garis selari. Bila jarak tengah garis tidak melebihi 3 kali lebar garis, 70% medan elektrik boleh disimpan tanpa gangguan bersama, yang dipanggil prinsip 3W. Dengan cara ini, pengaruh kapasitas yang disebarkan dan induktan yang disebabkan oleh garis selari boleh dikalahkan.

4. Design of power cord and ground wire
In order to solve the voltage drop caused by the power supply noise and line impedance introduced by the high frequency circuit, kepercayaan sistem bekalan kuasa dalam sirkuit frekuensi tinggi mesti dianggap sepenuhnya. Pada umumnya ada dua penyelesaian: satu ialah menggunakan teknologi bas kuasa untuk kawat; yang lain ialah menggunakan lapisan bekalan kuasa yang terpisah. Dalam perbandingan, proses produksi yang terakhir lebih rumit dan biaya lebih mahal. Oleh itu, a network-type power bus technology can be used for wiring, sehingga setiap komponen termasuk dalam loop yang berbeza, dan aliran setiap bas di rangkaian biasanya seimbang, mengurangi masalah jatuh tenaga disebabkan oleh impedance garis. Kuasa transmisi frekuensi tinggi relatif besar, dan kawasan besar tembaga boleh digunakan untuk mencari pesawat tanah yang bertentangan rendah di dekat sini untuk pendaratan berbilang titik. Kerana reaksi induktif pemimpin tanah adalah proporsional dengan frekuensi dan panjang, impedance tanah umum akan meningkat apabila frekuensi operasi tinggi, yang akan meningkatkan gangguan elektromagnetik yang dijana oleh impedance tanah umum, sehingga panjang wayar tanah diperlukan untuk sebagai pendek yang mungkin. Minimumkan panjang garis isyarat dan meningkatkan kawasan loop tanah. Satu atau beberapa kondensator penyahpautan frekuensi tinggi ditetapkan pada terminal kuasa dan tanah cip untuk menyediakan saluran frekuensi tinggi terdekat untuk arus sementara cip terintegrasi, sehingga arus tidak akan melewati garis bekalan kuasa dengan kawasan loop besar, dengan itu mengurangi bunyi radiasi. Ia diperlukan untuk memilih kondensator keramik kapasitif monolitik dengan isyarat frekuensi tinggi yang baik sebagai kondensator penyahpautan. Guna kondensator tantalum kapasitas besar atau kondensator poliester bukannya kondensator elektrolitik sebagai kondensator penyimpanan tenaga untuk muatan sirkuit. Kerana induktan yang disebarkan kondensator elektrolitik adalah besar, ia tidak berkesan untuk frekuensi tinggi. Apabila menggunakan kondensator elektrolitik, menggunakannya dalam pasangan dengan kapasitor pemisahan dengan ciri-ciri frekuensi tinggi yang baik.

5. Other high-speed circuit design technologies
Impedance matching refers to a working state in which the load impedance and the internal impedance of the excitation source are matched to each other to obtain the power output. Apabila kabel kelajuan tinggi Papan PCBs, untuk mencegah refleksi isyarat, pencegahan garis diperlukan untuk menjadi 50 Ω. Ini adalah angka kira-kira. Generally, Band dasar kabel koaksial ialah 50 Ω, band frekuensi 75 Ω, Dan pasangan yang berputar ialah 100 Ω. Ia hanya integer, untuk kesehatan persamaan. Menurut analisis sirkuit khusus, penghentian AC selari diterima, dan rangkaian penentang dan kondensator digunakan sebagai penghalang penghentian. Penolak penghentian R sepatutnya kurang dari atau sama dengan impedance garis penghantaran Z0, dan kondensator C mesti lebih besar dari 100 pF. Ia dicadangkan untuk menggunakan 0.kondensator keramik berbilang lapisan 1UF. Kondensator mempunyai fungsi blok frekuensi rendah dan melepasi frekuensi tinggi, jadi resistor R bukanlah muatan DC sumber memandu, jadi kaedah penghentian ini tidak mempunyai penggunaan kuasa DC. Crosstalk refers to undesired voltage noise interference on adjacent transmission lines due to electromagnetic coupling when a signal propagates on a transmission line. Pemasangan dibahagi menjadi pemasangan kapasitif dan pemasangan induktif. Percakapan salib berlebihan boleh menyebabkan pemicuan palsu sirkuit, yang menyebabkan sistem tidak berfungsi dengan betul. Menurut beberapa ciri-ciri percakapan salib, several main methods to reduce crosstalk can be summarized:
(1) Increase the line spacing, kurangkan panjang selari, dan menggunakan kabel lari jika perlu.
(2) When high-speed signal lines meet the conditions, menambah persamaan penghentian boleh mengurangi atau hapuskan refleksi, dengan itu mengurangi perbualan salib.
(3) For microstrip transmission lines and strip transmission lines, percakapan salib boleh dikurangkan secara signifikan dengan mengatasi tinggi jejak untuk lebih tinggi dari julat pesawat tanah.
(4) Under the condition that the wiring space allows, insert a ground wire between the two lines with serious crosstalk, yang boleh memainkan peran pengasingan dan mengurangkan percakapan salib.
Kerana kekurangan analisis kelajuan tinggi dan panduan simulasi dalam tradisional Papan PCB design, kualiti isyarat tidak dapat dijamin, dan kebanyakan masalah tidak dapat ditemui sehingga selepas ujian pembuat piring. Ini mengurangkan efisiensi desain dan meningkatkan biaya, yang jelas merugikan kompetisi pasar yang ganas. Oleh itu, untuk desain kelajuan tinggi Papan PCBs, orang-orang dalam industri telah mengusulkan idea rancangan baru, yang telah menjadi kaedah desain "atas-bawah". Selepas pelbagai analisis polisi dan optimasi, kebanyakan masalah yang mungkin telah dihindari dan disimpan banyak masa, memastikan bahawa anggaran projek dipenuhi, menghasilkan papan cetak kualiti tinggi, menghindari ralat ujian yang membosankan dan mahal, dll. Penggunaan garis perbezaan untuk menghantar isyarat digital adalah ukuran yang efektif untuk mengawal faktor yang menghancurkan integriti isyarat dalam sirkuit digital kelajuan tinggi. Garis perbezaan pada papan sirkuit cetak sama dengan pasangan garis transmisi terintegrasi mikrogelombang berbezaan yang berfungsi dalam mod quasi-TEM, di mana garis perbezaan terletak di atas atau bawah lapisan Papan PCB sama dengan garis garis microstrip yang dipasang, yang ditempatkan pada lapisan berbilang Papan PCB. Garis perbezaan pada lapisan dalaman, yang sama dengan garis garis terhubung sisi luas. Apabila isyarat digital dihantar pada garis perbezaan, ia adalah kaedah pemindahan mod pelik, yang, perbezaan fasa antara isyarat positif dan negatif adalah 180°, dan bunyi dipasang pada beberapa garis perbezaan dalam mod biasa. Tengah atau arus sirkuit ditolak, supaya isyarat boleh dicapai untuk menghapuskan bunyi mod umum. Amplitud tegangan rendah atau output pemacu semasa pasangan garis berbeza sedar keperluan integrasi kelajuan tinggi dan konsumsi kuasa rendah.

6. Conclusion
With the continuous development of electronic technology, penting untuk memahami teori integriti isyarat, dan kemudian memimpin dan mengesahkan rancangan kelajuan tinggi Papan PCBs. Beberapa pengalaman tersingkatkan dalam artikel ini boleh membantu sirkuit kelajuan tinggi Papan PCB penjana pendek siklus pembangunan, menghindari pusingan yang tidak diperlukan, dan menyelamatkan tenaga manusia dan sumber bahan. Penjana mesti terus menyiasat dan mengeksplorasi dalam kerja sebenar, accumulate experience, dan menggabungkan teknologi baru untuk merancang kelajuan tinggi Papan PCB dengan prestasi yang hebat.