Teknik PCB - Bagaimana membuat papan sirkuit kualiti tinggi lebih cepat dengan bentangan PCB yang baik

Untuk mendapatkan PCB yang lebih baik dan lebih cepat, perancang perlu memperhatikan tiga kawasan utama ketika merancang papan sirkuit: bahan bangunan, sambungan komponen dan bentangan wayar.

Bahan bangunan

Dalam proses reka PCB, raksasa terutama mempertimbangkan dua ciri-ciri utama bahan PCB. Salah satunya ialah konstan dielektrik, dan yang satunya ialah tangen kehilangan. Pemalar dielektrik mempengaruhi kelajuan pada mana isyarat melewati papan sirkuit. Tangen kehilangan merujuk kepada jumlah isyarat yang hilang kerana penyorban dalam bahan. Walaupun FR4 adalah bahan biasa yang digunakan untuk membina sirkuit frekuensi rendah, bahan kualiti tinggi masih diperlukan untuk orang yang frekuensi melebihi 1 GHz.

Interaksi komponen

Untuk desainer papan frekuensi tinggi, sangat penting untuk mempertimbangkan titik sambungan antara komponen dan PCB. Penggunaan peranti lekap permukaan (SMD) mempunyai ciri struktur yang lebih kecil dan panjang pemimpin, jadi masalah ini boleh diselesaikan dengan jauh. Namun, kerana frekuensi meningkat, komponen pasif termasuk bentuk SMD mungkin mempunyai ciri-ciri yang tidak ideal. Para desainer mesti mempertimbangkan ini dan membalas ciri-ciri ini.

Trek bentangan

Setelah perancang telah menentukan dengan sukarela pilihan bahan dan komponen bangunan, dia/dia mesti bertujuan untuk mencapai operasi kelajuan tinggi dalam persekitaran kuasa rendah. Ini melibatkan:

.Minimumkan generasi bunyi kenderaan

.Minimumkan perbualan salib diantara jejak

.Kurangkan kesan pemulihan tanah

.Impedance matching

.Pembatasan wayar isyarat betul

Minimumkan generasi bunyi

Ada dua aspek utama untuk mengurangi bunyi. Salah satunya adalah distribusi kuasa di seluruh papan, dan yang lain melibatkan penapisan bunyi kuasa.

Untuk mengedarkan kuasa pada seluruh PCB, perancang boleh menggunakan pesawat kuasa atau rangkaian bas kuasa. Secara umum, lapisan kuasa pada PCB berbilang lapisan terdiri dari dua atau lebih lapisan logam yang membawa Vcc dan GND ke peranti. Sejak pesawat kuasa meliputi hampir seluruh kawasan PCB, resistensi DC pesawat ini rendah. Oleh itu, pesawat kuasa menjaga aras Vcc tetap sementara mengedarkan aras Vcc secara bersamaan ke semua peranti. Ia juga menyediakan perlindungan bunyi, kemampuan penyorban semasa yang sangat tinggi dan perlindungan yang baik bagi isyarat yang dibawa oleh PCB.

Alternatif untuk pesawat kuasa ialah bas kuasa, yang terdiri dari dua jejak logam lebar atau lebih yang membawa Vcc dan GND ke peranti. Kerana kaedah ini lebih murah daripada pesawat kuasa, PCB dua lapisan sering menggunakannya. Apabila merancang dengan rangkaian bas kuasa, perancang perlu pastikan lebar jejak adalah sebanyak mungkin. Namun, dibandingkan dengan pesawat kuasa, resistensi DC rangkaian bas kuasa jauh lebih rendah.

Pemisahan pesawat dan bas kuasa yang membawa bekalan kuasa analog dan digital membantu mengurangi generasi bunyi di udara kerana ia mencegah interaksi antara kedua-dua. Namun, sistem semua-digital mungkin tidak mempunyai pesawat kuasa analog terpisah, dan menambah pesawat kuasa baru mungkin menjadi sangat mahal kecuali perancang mencipta pulau terpisah atau pesawat pemisahan pada lapisan yang ada.

Walaupun disarankan untuk memisahkan pesawat ini antara kuasa analog dan kuasa digital pada sistem, mungkin masih ada beberapa interaksi yang tidak diperlukan antara dua jenis sirkuit.

Minimumkan interaksi antara jejak

Pemasangan isyarat yang tidak diperlukan diantara garis mengufuk boleh menyebabkan perbualan salib. Penjana boleh minimumkan percakapan salib melalui laluan yang betul dan penggunaan microstrip dan layout garis strip dalam tumpukan lapisan.

Apabila dipaksa untuk menggunakan dua lapisan isyarat sebelah satu sama lain, desainer minimum saling bercakap dengan menjalankan semua jejak dalam satu lapisan pada sudut ke jejak dalam lapisan berikutnya. Teknik lain yang mereka gunakan untuk minimumkan perbualan salib adalah untuk minimumkan jarak antara lapisan isyarat dan pesawat sebelah, dan untuk meningkatkan jarak antara dua lapisan isyarat.

Kurangkan kesan pemulihan tanah

Mengguna peranti digital yang lebih pantas dan mengurangi masa pengtukaran output, output peranti akan menunjukkan aliran sementara yang lebih tinggi apabila kapasitasi muatan dibebaskan. Selain itu, mungkin terdapat output berbilang peranti yang menukar dari logik tinggi ke logik rendah pada masa yang sama. Pada masa yang sama, arus arus ke tanah mungkin sementara meningkatkan potensi tanah, menyebabkan dasar berubah. Fenomen ini adalah lompatan tanah. Keadaan utama yang mempengaruhi lompatan tanah termasuk kapasitasi muatan, induktansi soket dan bilangan output penukaran bersamaan.

Penjana menggunakan kaedah rancangan berikut untuk mengurangkan pemulihan tanah:

.Letakkan botol dekat pads kondensator, atau gunakan jejak pendek dan luas diantaranya

. Guna jejak luas dan pendek dari pins kuasa ke pesawat kuasa, pulau atau kapasitor menyambung. Ini mengurangkan kemungkinan lompatan tanah dengan mengurangkan induksi siri, dan tekanan sementara jatuh dari pin bekalan kuasa ke pesawat kuasa.

.Sambungkan setiap pin tanah atau melalui pesawat tanah. Rantai daisy menghasilkan laluan tanah terkongsi, yang meningkatkan resistensi dan induktansi loop semasa

.Tambah kondensator pemisahan sebagaimana direkomendasikan oleh pembuat IC. Kondensator pemisahan mesti hampir mungkin dengan kuasa dan pins tanah peranti.

.Alih output switch sebanyak mungkin ke pin tanah pakej

.Avoid pull-up resistors and use more pull-down resistors

.Guna PCB berbilang-lapisan dengan pesawat Vcc dan GND terpisah untuk menggunakan kapasitasi dalaman pesawat Vcc-GND

.Guna rancangan sinkronik, kerana ini tidak terpengaruh oleh pins tukar sinkronik

.Jarak diantara pin tanah dan pin kuasa sangat dekat, dengan itu mengurangkan induksi bersama, kerana arah semasa kedua pin adalah bertentangan.

.Minimumkan induktan dalam kondensator penyahpautan dengan menggunakan saiz yang lebih besar pad a pad kondensator

.Minimumkan induktan lead dengan menggunakan kondensator lekap permukaan

.Guna kondensator dengan perlawanan seri efektif lebih rendah

Keadaan yang sepadan dan penghentian garis isyarat yang betul. Isyarat yang terreflected back and forth sepanjang garis impedance yang tidak sepadan akan menyebabkan bunyi pada penerima muatan. Ringing boleh menyebabkan pemicu palsu penerima kerana ia mengurangkan julat dinamik penerima. Penjana menghapuskan refleksi dengan menggunakan penghentian garis isyarat yang betul untuk membuat impedance sumber sama dengan impedance jejak dan impedance muatan.

Untuk sepadan dengan betul impedance dan tamatkan garis isyarat, perancang boleh memastikan integriti isyarat melalui kaedah berikut:

.Jangan guna vias dalam garis penghantaran jam, kerana vias akan menyebabkan perubahan dan refleksi impedance

Tetap lurus. Jangan guna bengkok sudut kanan, tetapi guna laluan lengkung

.Guna jejak jam titik ke titik sebanyak mungkin, dan hentikan isyarat jam untuk minimumkan refleksi

.Guna peralatan luaran untuk penimbal muatan dan hadapi kapasitasi muatan

.Tambah resistensi 10 hingga 27 ohms dalam siri pada setiap output switch untuk hadapi semasa

.Place a suitable terminal resistance and ensure that the impedance matching between the transmission line and the terminal is equal to the line impedance

.interlayer routing clock trace layer in the reference plane to minimize noise

.Keep the trace length below 5 cm, keep the impedance below 65 ohms, keep the metal delay below 940 ps, keep the inductance value below 40 nH, keep the trace capacitance below 20 pF, and the total capacitance is kept below 30 pF, especially for critical high-speed wires.

dalam kesimpulan

Selain memilih bahan-bahan frekuensi tinggi yang sesuai, perancang juga boleh menggunakan bentangan PCB yang lebih baik untuk membuatnya berfungsi dengan betul pada frekuensi tinggi. Kerana setiap PCB unik, ia mesti disesuaikan untuk aplikasinya. Penggunaan PCB CAD atau perisian kit desain boleh membantu perancang kerana pakej perisian menyediakan julat luas fungsi.