Teknik PCB - Teknologi kunci dan kemajuan desain PCB kelajuan tinggi dan densiti tinggi

Kelajuan tinggi dan densiti tinggi telah secara perlahan-lahan menjadi salah satu perkembangan yang signifikan bagi banyak produk elektronik modern, dan teknologi reka PCB kelajuan tinggi dan densiti tinggi telah menjadi bidang penyelidikan yang penting.

Berbanding dengan rancangan PCB tradisional, rancangan PCB kelajuan tinggi dan densiti tinggi mempunyai beberapa isu teknik utama, dan teknik rancangan baru perlu dikembangkan. Terdapat banyak isu teori dan teknik yang perlu dipelajari dalam. Pada masa yang sama, keperluan untuk PCB kelajuan tinggi dan densiti tinggi semakin tinggi, yang membuat reka PCB kelajuan tinggi dan densiti tinggi terus menghadapi masalah baru; kebangkitan terus menerus dari sejumlah besar hasil kajian berkaitan telah mempromosikan pembangkitan terus menerus teknologi reka PCB kelajuan tinggi dan densiti tinggi. Artikel ini memperkenalkan isu teknikal utama desain PCB kelajuan tinggi dan densiti tinggi (integriti isyarat, integriti kuasa, EMC/EM I dan analisis panas) dan perkembangan baru dalam teknologi EDA berkaitan, dan membincangkan beberapa trends penting dalam desain PCB kelajuan tinggi dan densiti tinggi.

Masalah teknikal kunci

Masalah teknikal utama desain PCB kelajuan tinggi dan densiti tinggi terutamanya termasuk integriti isyarat (SI), integriti kuasa (PI), EMC/EM I dan analisis panas.

Integriti isyarat

Integriti isyarat merujuk pada kualiti isyarat yang dihantar pada garis isyarat. 1 Apabila isyarat sirkuit boleh mencapai pins cip yang menerima dengan masa, durasi dan amplitud tegangan yang diperlukan, sirkuit mempunyai integriti isyarat yang baik. Apabila isyarat tidak dapat menjawab secara normal atau kualiti isyarat tidak dapat membuat sistem berfungsi stabil untuk masa yang lama, masalah integriti isyarat muncul. Masalah integriti isyarat terutamanya muncul sebagai: lambat, refleksi, overshoot, ringing, crosstalk, masa, bunyi penyukaran sinkronik, EM I, dll.

Masalah integriti isyarat akan secara langsung membawa kepada kerosakan isyarat, ralat masa, dan data, alamat dan isyarat kawalan yang salah, yang menyebabkan ralat sistem atau bahkan lumpuhan. Secara umum, bagi cip digital, aras yang lebih tinggi dari V IH adalah logik 1, dan aras yang lebih rendah dari V IL adalah logik 0, dan aras antara VIL dan VIH adalah keadaan yang tidak tertentu. Untuk isyarat digital dengan bunyi, apabila aras oscilasi memasuki zon ketidakpastian VIL ~ VIH, ralat logik mungkin disebabkan. Penghantaran isyarat digital mesti mempunyai masa yang betul. Cip digital umum memerlukan data mesti stabil sebelum tsetup pinggir pemicu jam untuk memastikan urutan logik betul. Jika masa lambat penghantaran isyarat terlalu panjang, logik yang betul mungkin tidak diterima pada pinggir naik atau jatuh jam, menyebabkan ralat masa.

Alasan untuk masalah integriti isyarat lebih rumit. Parameter komponen, parameter PCB, bentangan komponen pada PCB, dan kabel isyarat kelajuan tinggi adalah semua faktor penting yang mempengaruhi integriti isyarat. Integriti isyarat adalah masalah sistemik, dan kajian dan resolusi masalah integriti isyarat mesti menggunakan sudut pandang sistemik.

Secara relatif, orang telah melalui dekade penyelidikan mengenai isu integriti isyarat, dan telah mendapat banyak hasil teori dan teknik penting, dan mengumpulkan pengalaman yang kaya. Banyak teknologi integriti isyarat relatif dewasa dan telah digunakan secara luas.

Integriti kuasa

Integriti kuasa terutamanya merujuk kepada sistem kelajuan tinggi, sistem distribusi kuasa (sistem distribusi kuasa, PDS) pada frekuensi yang berbeza, ciri-ciri impedance berbeza, sehingga tegangan antara lapisan kuasa dan lapisan tanah pada PCB tidak sama di mana-mana pada papan sirkuit, yang mengakibatkan bekalan kuasa tidak berhenti, yang mengakibatkan bunyi bekalan kuasa, - yang membuat cip tidak dapat berfungsi dengan biasa. Pada masa yang sama, kerana radiasi frekuensi tinggi, isu integriti kuasa juga akan membawa isu EMC/EM I. Dalam sirkuit kelajuan tinggi, tenaga rendah, bunyi bekalan kuasa sangat serius.

cadangan integriti kuasa berasal dari ralat besar yang dibawa oleh analisis integriti isyarat berdasarkan model kawat dan peranti tanpa mempertimbangkan pengaruh kuasa.

Secara relatif, kajian integriti kuasa bermula lewat, dan kajian teori dan cara teknik tidak cukup dewasa. Ia adalah salah satu cabaran terbesar untuk rekaan PCB kelajuan tinggi dan densiti tinggi. Pada masa ini, beberapa tindakan umum terutama diterima untuk mengurangi kesan negatif disebabkan oleh masalah integriti kuasa ke tingkat tertentu. Tindakan utama yang diambil adalah satu untuk optimumkan tumpukan PCB, bentangan dan desain kabel; yang lain ialah meningkatkan kapasitor pemisahan dengan sesuai. Apabila frekuensi sistem kurang dari 300-400 MHz, ia berguna untuk mengurangkan pengaruh masalah integriti kuasa dengan menetapkan kondensator yang sesuai dalam kedudukan yang sesuai. Namun, apabila frekuensi sistem lebih tinggi, kondensator pemisahan mempunyai sedikit kesan. Dalam kes ini, hanya dengan optimasi rancangan PCB untuk mengurangkan kesan masalah integriti kuasa.

EMC

EMC (kompatibilitas elektromagnetik) biasanya ditakrif sebagai: "Kebolehan peranti atau sistem untuk bekerja biasanya dalam persekitaran elektromagnetik dan tidak membentuk gangguan elektromagnetik yang tidak dapat ditahan kepada apa-apa dalam persekitaran. " Ia juga ditakrif sebagai: "Penelitian terbatas. Dalam syarat ruang terbatas, masa terbatas, dan sumber spektrum terbatas, pelbagai peralatan elektrik (subsistem, sistem, dan entiti biologi dalam makna luas) boleh wujud bersama tanpa menyebabkan kerosakan. "

EMC terutama mempelajari dua aspek EM I (gangguan elektromagnetik) dan EMS (suscep tibility elektromagnetik). Generasi EM I disebabkan oleh sumber gangguan elektromagnetik yang menghantar tenaga ke sistem sensitif melalui laluan sambungan. Ia termasuk tiga bentuk asas: kondukti dengan wayar dan tanah biasa, radiasi melalui ruang, atau menyambung melalui medan dekat.

EMC produk elektronik sangat penting. Pada masa ini, banyak negara dan kawasan mempunyai standar EMC yang ketat dan lengkap. Semakin banyak produk elektronik mesti lulus ujian dan pengesahihan EMC yang berkaitan sebelum mereka boleh masuk ke pasar. Selain itu, dengan persekitaran elektromagnetik yang teruk, keperluan EMC untuk produk elektronik akan semakin tinggi.

Secara relatif, masalah EMC adalah yang paling rumit. Apabila masa meningkat (masa meningkat atau masa jatuh) dikurangkan dari 5 ns kepada 2.5 ns, EM saya akan meningkat kira-kira 4 kali. Lebar spektral EM I adalah secara bertentangan dengan masa naik. Intensiti radiasi EM I adalah proporsional dengan kuasa dua frekuensi. Julat frekuensi jenis ini radiasi EM I adalah kira-kira puluh MHz ke beberapa GHz. Panjang gelombang yang sepadan dengan frekuensi tinggi ini sangat pendek, dan garis sambungan pendek pada PCB atau bahkan garis sambungan dalam cip mungkin menjadi penghantaran efisien atau menerima antena, yang mungkin menyebabkan masalah EMC serius. Henry W Ott, Presiden Henry Ott Consulting, menekankan dalam ucapan utamanya pada Persidangan PCB Design East: "Dalam era desain kelajuan tinggi, desainer PCB akan menghadapi masalah jika mereka tidak belajar lebih mengenai isu EMC. Banyak masalah yang tidak dijangka." "Kerana kelajuan desain lebih cepat dan desain tanpa wayar telah menjadi semakin umum, EMC akan menjadi tantangan yang lebih besar."

Kerana kompleksiti EMC dan keperluan semakin meningkat produk elektronik modern untuk EMC, teknologi EMC akan menjadi bidang penting yang memerlukan kajian jangka panjang. Pada masa ini, mencegah dan memecahkan masalah EMC terutama mengikut beberapa peraturan kekangan PCB biasa. Namun, penggunaan khusus peraturan tersebut dan kesan mesti dianalisis secara terperinci, yang bergantung pada tingkat besar pada tahap teori dan pengalaman praktik desainer.