Teknik PCB - Teknologi Rancangan Anti-Jamming PCB untuk DSP Kelajuan Tinggi

Pada tahun-tahun terakhir, dengan pembangunan cepat teknologi dan peranti baru, peranti kelajuan tinggi telah menjadi semakin populer, dan rancangan sirkuit kelajuan tinggi telah menjadi teknologi yang biasanya diperlukan. Cip DsPs TI TMS320C62xx, C64xx, peranti seri C67xx adalah salah satu peranti kelajuan tinggi yang berkembang cepat. Struktur dalaman C6000 adalah siri titik-tetap, titik-mengapung yang serasi dengan DsP, frekuensi utama CPU semasa ialah 100MHz, -4i00MHz. Dengan inti arkitektur Perkataan Arahan Sangat Panjang (VLIW) lanjutan VelociTITM, mungkin untuk melaksanakan arahan 8 32 bit dalam satu siklus arahan secara selari. Kerana kemampuan pengiraan kelajuan tinggi, ia digunakan secara luas dalam komunikasi, tekanan elektronik, radar, pemprosesan imej dan kawasan lain yang memerlukan kemampuan pemprosesan kecerdasan tinggi dan kelajuan tinggi.

Dengan darjah peningkatan integrasi cip, semakin banyak pin cip ditambah, dan pakej peranti berubah terus-menerus, dari DIP ke OSOP, dari SOP ke PQFP, dari PQFP ke BGA. Peranti seri TMS320C6000 dikumpulkan oleh BGA. Dalam aplikasi sirkuit, encapsulasi BGA mempunyai ciri-ciri kadar kejayaan tinggi, kadar perbaikan rendah dan kepercayaan tinggi, dan digunakan semakin luas. Namun, kerana encapsulasi BGA adalah milik encapsulasi patch array raster sferik, implementasi fizik sistem dalam pembangunan, iaitu, desain aras papan melibatkan banyak teknik desain sirkuit digital kelajuan tinggi. Pergangguan bunyi adalah faktor utama dalam sistem kelajuan tinggi. Radiasi dan konflik berlaku dalam sirkuit frekuensi tinggi, sementara bunyi, refleksi dan percakapan salib berlaku pada kadar pinggir yang lebih cepat. Jika kelebihan bentangan isyarat kelajuan tinggi dan kawat tidak dianggap, papan sirkuit direka tidak akan berfungsi dengan betul. Oleh itu, kejayaan desain papan PCB adalah bahagian yang sangat kritik dalam proses desain sirkuit DSP.

1 Kesan garis penghantaran

1. 1 Integriti isyarat

Integriti isyarat terutamanya termasuk refleksi, cincin, lompatan tanah dan percakapan salib. Garis pada papan PCB boleh sama dengan serangkaian dan kapasitasi selari, resistensi dan struktur induktansi yang dipaparkan dalam Fig. 1. Nilai tipikal perlawanan siri adalah 0.25D. /R-4). 55DJft, nilai tahan shunt biasanya sangat tinggi. Apabila resistensi parasitik, kapasitas, dan induktan ditambah ke sambungan PCB sebenar, impedance terakhir pada sambungan dipanggil impedance karakteristik zo.

Jika pengendalian garis penghantaran tidak sepadan dengan garis penghantaran penghantaran, ini akan menyebabkan refleksi dan oscilasi isyarat.

Name

Geometri kawat, sambungan akhir yang salah, penghantaran melalui sambungan, dan ketidakberhenti pesawat kuasa semua menyebabkan refleksi. Terlalu-kejutan dan turun-kejutan dijana apabila isyarat berubah sepanjang naik dan jatuh aras. Mereka boleh menghasilkan letupan di atas atau di bawah tahap tetap dalam satu saat, yang boleh mudah merusak peranti. oscilasi yang berdering dan mengelilingi isyarat disebabkan induksi dan kapasitasi yang tidak sesuai pada garis, berdasarkan. Cincin boleh dikurangkan dengan penghentian yang betul.

Apabila ada gelombang arus besar dalam sirkuit, ia akan menyebabkan lompatan tanah. Jika ada arus transient yang besar mengalir melalui pesawat kuasa cip dan papan, induksi parasit dan perlawanan antara pakej cip dan pesawat kuasa akan menyebabkan bunyi kuasa. Crosstalk adalah masalah sambungan antara dua garis isyarat. Induktan dan toleransi antara garis isyarat menyebabkan bunyi di garis. Sambungan kapasitif mengarah kepada semasa sambungan, sementara sambungan induktif mengarah kepada tensi sambungan. Parameter lapisan PCB, jarak antara garis isyarat, ciri-ciri elektrik pemacu dan penerima, dan cara garis disambung semua mempunyai kesan tertentu pada percakapan salib.

1.2 Solusi

Beberapa tindakan diperlukan untuk menyelesaikan masalah umum:

Lapisan kuasa tidak mempunyai keterangan pada arah semasa, dan garis kembali boleh mengikut laluan impedance yang dekat dengan garis isyarat. Ini mungkin menghasilkan gelung semasa, yang akan menjadi kaedah untuk sistem kelajuan tinggi. Namun, lapisan kuasa tidak menghapuskan pembuluh garis dan tidak memperhatikan laluan distribusi kuasa, semua sistem akan menghasilkan bunyi dan menyebabkan ralat. Oleh itu, penapis istimewa diperlukan, yang dilaksanakan oleh kondensator bypass. Secara umum, kapasitasi dari lshrimp ke lOp.F ditempatkan di hujung input kuasa papan, sementara kapasitasi dari 0.01p.F ke pusat U0.1 ditempatkan diantara bekalan kuasa setiap peranti aktif pada papan dan pins tanah. Kapensiensi bypass bertindak seperti penapis, di mana kapasitasi besar (10aF) ditempatkan pada input kuasa, bunyi frekuensi rendah (60Hz) dijana diluar papan, dan bunyi yang dijana oleh peranti aktif di papan adalah harmonik pada 100MHz atau lebih tinggi. Kapensiensiensi bypass yang ditempatkan diantara setiap cip biasanya jauh lebih kecil daripada yang ditempatkan pada input kuasa pada papan.

Sebagai peraturan ibu jari, jika and a campur analog dan digital dalam rancangan anda, bahagikan PCB kepada bahagian analog dan digital, peranti analog kepada bahagian analog, peranti digital kepada bahagian digital, dan penukar A/D di seluruh kawasan. Isyarat analog dan digital dihantar di kawasan mereka untuk memastikan bahawa arus kembali isyarat digital tidak mengalir ke tanah isyarat analog.

Bypass dan pemisahan menghalang tenaga daripada dipindahkan dari satu loop ke lain. Tiga kawasan loop, lapisan kuasa, lapisan bawah, komponen dan sambungan kuasa dalaman, perlu dipertimbangkan. Membesarkan bekalan kuasa dan lebar wayar tanah sebanyak yang mungkin bermakna wayar tanah lebih lebar daripada tali kuasa. Hubungan antara mereka adalah: wayar tanah > tali kuasa > garis isyarat. Biasanya lebar garis isyarat adalah O.2-O.3mm, lebar halus boleh menjadi 0.05 "-'0.07mm, garis kuasa adalah 1.2" -'2.5 n'Lrfl. Guna kawasan besar tembaga sebagai wayar tanah. Sambungkan tempat yang tidak digunakan ke tanah pada papan cetak sebagai wayar tanah. Atau ia boleh dibuat menjadi papan berbilang lapisan, dengan satu lantai untuk bekalan kuasa dan satu lantai untuk wayar tanah. Name Jika ruang papan sirkuit cetak kecil dan tidak dapat dipasang, kondensator elektrolitik tantalum boleh dikonfigurasikan dengan 1-10 cip setiap 4-10 cip. Impedansi frekuensi tinggi peranti ini sangat kecil, Impedansi kurang dari lQ dalam julat 500 kI-Iz-20MHz, dan arus bocor sangat kecil (dibawah O.5LlA). Kapansor penapis yang terpasang mesti dipasang dekat sirkuit terintegrasi untuk pendek pemimpin kondensator dan kawasan sirkuit semasa sementara, terutama kondensator bypass frekuensi tinggi.

Apabila sistem berfungsi pada 50MHz, kesan garis penghantaran dan masalah integriti isyarat akan berlaku, dan tindakan tradisional boleh mencapai keputusan yang memuaskan. Apabila jam sistem mencapai 120MHz, perlu mempertimbangkan penggunaan pengetahuan rancangan sirkuit kelajuan tinggi, jika tidak PCB direka berdasarkan kaedah tradisional tidak akan berfungsi dengan betul. Oleh itu, desain sirkuit PCB kelajuan tinggi telah menjadi teknologi desain yang perancang sistem elektronik mesti menguasai.

Teknologi Ciptaan Sirkuit Isyarat Kelajuan Tinggi PCB

2.1 Kawalan isyarat kelajuan tinggi

Papan pelbagai lapisan diperlukan untuk kawalan isyarat kelajuan tinggi serta cara yang berkesan untuk mengurangi gangguan. Untuk mengurangkan saiz papan sirkuit cetak, gunakan lapisan tengah untuk menetapkan perisai, mencapai pendaratan dekat, mengurangkan induksi parasit secara efektif, mengurangkan panjang penghantaran isyarat, mengurangkan gangguan salib antara isyarat dan sebagainya, semuanya berguna untuk kepercayaan sirkuit kelajuan tinggi. Data menunjukkan bahawa aras bunyi panel empat lapisan adalah 20 dB lebih rendah daripada panel panel dua panel apabila bahan yang sama dikumpulkan dalam Simposium Akademik Nasional ke-8 mengenai Elektronik dan Puls Elektromagnetik Resistent Radiation. Semakin sedikit benda di atas, semakin baik. Menggunakan garis lurus penuh, transisi diperlukan. Penukaran poligaris atau lengkung 45 darjah boleh digunakan untuk mengurangi transmisi luar dan sambungan isyarat kelajuan tinggi, dan mengurangi radiasi dan refleksi isyarat.

Semakin pendek pemimpin antara pins peranti sirkuit kelajuan tinggi, semakin baik. Semakin panjang pemimpin, semakin besar nilai induktan dan kapasitasi yang disebarkan, yang akan membawa kepada refleksi, oscilasi dan sebagainya dalam sistem sirkuit kelajuan tinggi. Semakin sedikit pelukaran diantara lapisan utama diantara pins peranti sirkuit kelajuan tinggi, semakin baik, iaitu, semakin sedikit lubang digunakan dalam proses sambungan komponen. Ia dijangka bahawa lubang melalui boleh membawa kapasitas yang disebarkan kira-kira 0.5pF, yang mengakibatkan peningkatan yang signifikan dalam lambat sirkuit. Dalam kabel sirkuit kelajuan tinggi, perhatian patut diberikan kepada "gangguan salib" yang diperkenalkan oleh laluan selari hampir garis isyarat. Jika distribusi selari tidak dapat dihindari, kawasan besar "tanah" boleh ditempatkan di belakang garis isyarat selari untuk mengurangi gangguan. Dalam dua lapisan bersebelahan, arah garis mesti bertentangan satu sama lain.

Paksa penyelamatan garis-tanah untuk garis isyarat yang sangat penting atau unit setempat. Garis dasar yang dilindungi boleh ditambah ke periferi semasa isyarat yang tidak boleh diganggu seperti isyarat jam, isyarat analog kelajuan tinggi, dll. sedang berjalan, dan kabel isyarat yang perlu dilindungi ditengah. Semua jenis laluan isyarat tidak dapat membentuk loop, dan wayar tanah tidak dapat membentuk loop semasa. Jika sirkuit kabel loop dijana, ia akan menyebabkan banyak gangguan dalam sistem. Penggunaan wayar rantai chrysanthemum* boleh mengelakkan gelung bila wayar. Satu atau lebih kondensator pemisahan frekuensi tinggi patut ditetapkan dekat setiap blok IC. Pencekikan frekuensi tinggi digunakan bila garis tanah analog dan digital menyambung ke garis tanah awam. Beberapa garis isyarat kelajuan tinggi patut ditangani secara khusus: isyarat perbezaan memerlukan bahawa ia berada di lapisan yang sama dan sebanyak mungkin dekat dengan garis selari, dan tiada isyarat dibenarkan untuk diseret antara garis isyarat perbezaan, dan panjang sama diperlukan.

Kawalan isyarat kelajuan tinggi patut menghindari pembangunan atau bentuk tongkat sebanyak mungkin. Garis isyarat frekuensi tinggi cenderung menghasilkan radiasi elektromagnetik besar apabila berjalan di permukaan. Dengan kabel garis isyarat frekuensi tinggi antara bekalan kuasa dan wayar, dan menyerap gelombang elektromagnetik melalui bekalan kuasa dan lapisan bawah, radiasi yang dijana akan jauh dikurangi.

2.2 Kawalan Sinyal Jam Kelajuan Tinggi

Sirkuit jam bermain peran penting dalam sirkuit digital. C64xDSP adalah ahli platform C6000 dan mempunyai kelajuan proses tinggi. Jam kelajuan tinggi C64xDSP boleh mencapai 1.1GHz, iaitu lO kali lebih tinggi daripada C62xDSP sebelumnya. Oleh itu, keperluan kawat jam akan menjadi semakin tinggi dalam desain aplikasi masa depan sistem elektronik modern berdasarkan DSP. Keutamaan garis isyarat jam kelajuan tinggi, secara umum, apabila kabel, perlu memberikan keutamaan kepada garis isyarat jam utama sistem. Garis isyarat jam kelajuan tinggi mempunyai frekuensi tinggi, yang memerlukan garis yang paling pendek untuk memastikan gangguan isyarat.

Jam frekuensi tinggi, terutama sensitif kepada gangguan bunyi. Garis isyarat jam frekuensi tinggi perlu dilindungi dan dilindungi untuk mengurangi gangguan.

Jam frekuensi tinggi (jam di atas 20MHz, atau jam yang meningkat sepanjang kurang dari 5ns) mesti mempunyai pengawal wayar tanah dengan lebar baris sekurang-kurangnya 10rail dan lebar wayar tanah sekurang-kurangnya 20mil. Akhir wayar tanah perlindungan garis isyarat frekuensi tinggi mesti dihubungi dengan baik dengan tanah melalui lubang dan dihubungkan dengan tanah setiap 5em atau lebih. Pengiring wayar tanah dan garis data pada dasarnya panjang yang sama, menarik wayar manual adalah disarankan; Sisi penghantaran jam mesti disambungkan dengan perlawanan mengurangi sekitar 22-220Q dalam siri. Penghalaan isyarat jam kelajuan tinggi direka sejauh mungkin pada lapisan yang sama, dan tiada sumber yang mengganggu lain dan penghalaan sekitar garis isyarat jam kelajuan tinggi. Sambungan bintang atau sambungan titik ke titik disarankan untuk sambungan jam frekuensi tinggi. Sambungan T patut memastikan panjang lengan yang sama, minimumkan Ls lebihan, dan tembaga patut dilaksanakan di bawah oscilator kristal atau cip jam untuk mencegah gangguan. Menghindari gangguan dari bunyi isyarat disebabkan oleh garis-garis ini.

Dalam wayar isyarat kelajuan tinggi dan wayar isyarat jam kelajuan tinggi, diperlukan kurang LL dan kurang cabang dimainkan semasa wayar untuk menghindari cermin dan refleksi isyarat dan menyeberang. pengaruh lubang dan tongkat (Stub) dalam PCB kelajuan tinggi tidak hanya tergambar dalam pengaruh pada isyarat, tetapi juga dalam perubahan impedance konduktor. Namun, pengaruh lubang dan tongkat pada impedance sering dilupakan oleh desainer.

Untuk memilih saiz yang masuk akal lubang. Contohnya, untuk reka-reka PCB dengan lapisan 4 hingga 10, pilihan umum adalah 10mil/20mil (pad pengeboran/ikatan) atau 16mil/30mil. Untuk beberapa PCB kecil dengan densiti tinggi, 8 juta/18 juta lubang juga boleh digunakan. Bertimbangkan menggunakan saiz yang lebih besar untuk mengurangkan impedance untuk kuasa atau wayar tanah lewat. Letakkan tiang bekalan kuasa dan tanah dekat lubang. Semakin pendek petunjuk antara pins dan lubang, semakin baik. Pada masa yang sama, pins bekalan kuasa dan tanah seharusnya sebisak mungkin untuk mengurangi impedance.

Kepadatan tinggi cip aras sistem dikumpulkan dalam BGA atau COB, dan jarak pin berkurang hari demi hari. Jarak bola adalah rendah seperti O.6mm dan akan terus berkurang, membuat ia mustahil untuk wayar isyarat encapsulator untuk dilukis menggunakan alat wayar tradisional. Masa ini ada dua cara untuk menyelesaikan masalah ini dalam Simposium Akademik Nasional ke-8 mengenai Elektronik dan Puls Elektromagnetik Bertahan Radiasi (249): (1) Lukis garis isyarat dari lapisan bawah melalui lubang di bawah bola; (2) Cari saluran utama dalam tata grid sferik dengan menggunakan kawat yang sangat tipis dan kawat sudut bebas. Untuk peranti BGA atau COB berkemas yang tinggi, kabel dengan lebar dan ruang yang sangat kecil adalah satu-satunya pilihan yang boleh dilakukan. Hanya dengan cara ini boleh hasil tinggi dan kepercayaan dijamin dan keperluan desain kelajuan tinggi dipenuhi.

Rancangan pad ikatan 2.3 BGA terkumpul

Dengan pengembangan teknologi pakej peranti, saiz relatif pakej peranti semakin kecil. Peranti seri TMS320C6000 mempunyai sehingga 352 pin, kerana kaki BGA terpisah dekat dan lubang dekat dengan pin, yang boleh menghasilkan induktan besar. Ia juga berbahaya bagi isyarat kelajuan tinggi, jadi apabila BGA menyebar, cuba gunakan lubang yang lebih kecil. Terdapat hubungan yang sepadan antara saiz pad BGA dan jarak kaki BGA, tetapi ia tidak boleh lebih besar daripada diameter bola pin BGA, biasanya kira-kira 1/10~l/5 daripada ia. Lubang di sebelah pad BGA dan pad di permukaan komponen perlu dipalam dan dilindungi dengan minyak hijau. Untuk penywelding BGA, tiada komponen lain boleh muncul dalam era sekitar 2.

Kesimpulan

Pemproses isyarat digital adalah pemproses isyarat. Dengan popularitas peranti frekuensi tinggi, ketepatan papan sirkuit cetak meningkat, gangguan meningkat, dan peningkatan kualiti isyarat telah diletakkan di posisi atas desain. Rancangan papan PCB DSP kelajuan tinggi adalah proses yang sangat kompleks. Beberapa faktor perlu dianggap dalam rancangan sirkuit kelajuan tinggi, yang sesuai satu sama lain. Jika peranti kelajuan tinggi ditetapkan berhampiran satu sama lain, kelalaian mungkin dikurangi, tetapi percakapan salib dan kesan panas yang signifikan boleh berlaku. Ia juga bertentangan bahawa isyarat kelajuan tinggi seharusnya diawal sejauh yang mungkin dalam lapisan dalaman dan lebih sedikit lubang seharusnya ditembak. Oleh itu, dalam rancangan, kita perlu mempertimbangkan semua faktor yang baik untuk membuat rancangan sirkuit yang meliputi.

Hanya dengan cara ini boleh papan sirkuit PCB berkualiti tinggi dengan kemampuan anti-jamming kuat, prestasi stabil dan prestasi masa sebenar tinggi dirancang.