Дизайн PCB - Руководство по проектированию гибридных сигнальных плат PCB

Для современных конструкций плат концепция гибридного сигнала PCB относительно расплывчата, потому что даже в чисто « цифровом» устройстве все еще существуют аналоговые схемы и аналоговые эффекты. Поэтому на ранних этапах проектирования для надежного достижения строгого распределения временных рядов необходимо моделировать эффект моделирования.

Еще одна сложность современного гибридного сигнального проектирования PCB заключается в том, что существует все больше и больше различных цифровых логических устройств, таких как GTL, LVTTL, LVCMOS и LVDS. Логические пороги и колебания напряжения для каждой логической схемы различны, но эти разные логические пороги должны быть спроектированы на PCB вместе с цепями с колебаниями напряжения. Здесь, благодаря углубленному анализу компоновки и конструкции проводки PCB с высокой плотностью, высокой производительностью и гибридным сигналом, можно освоить успешные стратегии и технологии.

фундамент для монтажа гибридных сигнальных цепей

Когда цифровые и аналоговые схемы разделяют одни и те же компоненты на одной и той же пластине, макет схемы и проводка должны быть упорядоченными. Матрица, показанная на рисунке 1, помогает в проектировании и планировании гибридных сигналов PCB. Только раскрывая характеристики цифровых и аналоговых схем, можно достичь желаемых целей проектирования PCB в реальной компоновке и проводке.

При проектировании гибридного сигнала PCB существуют особые требования к электропроводке, которые требуют, чтобы аналоговый шум и шум цифровой схемы были изолированы друг от друга, чтобы избежать шумовой связи. В результате сложность компоновки и проводки возросла. Особые требования к линиям электропередач и требования к изоляции шумовой связи между аналоговыми и цифровыми схемами еще больше усложняют компоновку ПХБ и проводку гибридных сигналов.

Компоновка и проводка современных гибридных сигналов PCB

Ниже приводится описание компоновки PCB гибридного сигнала и технологии проводки с помощью интерфейсной карты OC48. OC48 представляет собой стандарт световой несущей 48, который в основном ориентирован на последовательную оптическую связь 2,5 Гб. Это один из стандартов широкополосной оптической связи в современном коммуникационном оборудовании. Интерфейсная карта OC48 содержит несколько типичных проблем с компоновкой PCB и проводкой гибридного сигнала. Процесс компоновки и проводки определит порядок и шаги решения компоновки PCB гибридного сигнала.

Карта OC48 содержит оптический приемопередатчик, обеспечивающий двустороннюю конверсию световых сигналов и аналоговых электрических сигналов. Процессор аналогового ввода или вывода цифровых сигналов, который DSP преобразует эти аналоговые сигналы в цифровой логический уровень, может быть подключен к микропроцессорам, программируемым решеткам дверей, DSP и интерфейсным схемам микропроцессорных систем на карте OC48. Он также включает в себя независимое запирающее кольцо, фильтр питания и локальный источник опорного напряжения.

Среди них микропроцессор является устройством с несколькими источниками питания, основным источником питания является 2В, а источником питания сигнала 3,3В I / O совместно пользуются другие цифровые устройства на панели. Отдельные источники цифровых часов предоставляют часы для OC48 I / O, микропроцессоров и систем I / O.

Расположение панелей OC48

Высокоскоростные аналоговые сигналы между оптическим приемопередатчиком и DSP очень чувствительны к внешнему шуму. Аналогичным образом, все специальные схемы питания и опорного напряжения также создают большое количество связей между аналоговыми и цифровыми схемами передачи питания карты. Иногда из - за ограничений формы коробки приходится проектировать пластины высокой плотности. Из - за более высокого положения внешней кабельной карты доступа и относительно больших размеров компонентов оптического приемопередатчика положение приемопередатчика в карте в значительной степени фиксировано. Расположение и распределение сигналов разъема I / O системы также фиксированы. Это основная работа, которая должна быть выполнена до начала раскладки.

Как и большинство успешных схем моделирования высокой плотности и проводки, макет должен соответствовать требованиям проводки, а макет и проводка должны быть сбалансированы. Для аналоговой части гибридного сигнала PCB и локального ядра ЦП с рабочим напряжением 2В не рекомендуется использовать метод « раскладки перед проводкой». Для карт OC48 необходимо сначала интерактивно подключить аналоговую схему DSP, включающую аналоговое опорное напряжение и аналоговый конденсатор шунтирования питания. После завершения проводки весь DSP с аналоговыми компонентами и проводкой должен быть размещен достаточно близко к оптическому приемопередатчику, чтобы полностью обеспечить минимальную длину проводки, изгиб и отверстие от высокоскоростного аналогового дифференциального сигнала до DSP. Симметричность дифференциальной компоновки и проводки уменьшит влияние конформного шума. Однако трудно предсказать оптимальный вариант макета до проводки.

Для руководства по проектированию макета PCB проконсультируйтесь с дистрибьютором чипов. Прежде чем проектировать в соответствии с руководящими принципами, необходимо полностью общаться с инженерами - приложениями дистрибьюторов. Многие дистрибьюторы чипов имеют строгие временные рамки для предоставления высококачественных рекомендаций по макету. Иногда решения, которые они предлагают, являются жизнеспособными для « клиентов первого уровня», которые используют устройство. В области проектирования целостности сигнала (SI) конструкция целостности сигнала нового устройства особенно важна. В соответствии с основными инструкциями дистрибьютора и в сочетании с конкретными требованиями к каждому источнику питания и заземлению в упаковке, вы можете начать компоновку и проводку карт OC48 с интегрированным DSP и микропроцессором.

После определения местоположения и проводки высокочастотной аналоговой части оставшиеся цифровые схемы могут быть размещены в соответствии с методом группировки, указанным в блок - схеме. Обратите внимание на тщательное проектирование следующих схем: положение схемы фильтра питания PLL в ЦП с высокой чувствительностью к аналоговым сигналам; Локальный регулятор напряжения ядра ЦП; Схема опорного напряжения для "цифровых" микропроцессоров.

На этом этапе электрическое и производственное руководство для цифровой проводки может быть правильно применено к дизайну. Вышеупомянутая конструкция целостности сигнала высокоскоростной цифровой шины и часового сигнала раскрывает некоторые специальные топологические требования к проводке, которые соответствуют задержкам между шиной процессора, балансировкой Ts и некоторыми часовыми сигнальными проводами.

В процессе решения проблемы вполне естественно внести некоторые коррективы на этапе компоновки. Тем не менее, очень важным шагом перед началом проводки является проверка временных рядов цифровой части на основе макета. В настоящее время полный обзор макета DFM / DFT платы поможет убедиться, что карта соответствует потребностям клиентов.

Цифровой кабель OC48

Для линий электропитания цифровых устройств и цифровой части гибридного сигнала DSP цифровая проводка должна начинаться с режима SMD - убегания. Используйте самую короткую и широкую печатную линию, разрешенную в процессе сборки. Для высокочастотных устройств печатные линии питания эквивалентны малой индуктивности, что ухудшит шум питания и приведет к нежелательной связи между аналоговыми и цифровыми схемами. Чем длиннее траектория мощности, тем больше индуктивность.

Использование цифровых шунтирующих конденсаторов позволяет получить оптимальную компоновку и схему проводки. Короче говоря, точное расположение шунтирующих конденсаторов по мере необходимости делает их легко устанавливаемыми и распределенными вокруг цифровых и гибридных сигнальных компонентов. Для проводки шунтирующих конденсаторов используется тот же метод « кратчайшего и широкого следа».

Резюме

После завершения компоновки панели OC48 требуется проверка целостности сигнала и моделирование временных рядов. Имитация доказала, что руководство проводкой соответствует ожидаемым требованиям и улучшает показатели временных рядов второй шины. Наконец, проведите проверку правил проектирования, окончательный обзор производства, оптическую маску и обзор и выпустите ее производителю платы PCB, а затем официально закончите задачу макета платы.