Дизайн PCB - Высокоскоростная антиинтерференционная конструкция PCB на основе DSP

Презентация

Благодаря широкому применению DSP (цифровых сигнальных процессоров), конструкция высокоскоростных PCB - панелей для обработки сигналов на основе DSP особенно важна. В системах DSP микропроцессоры DSP могут работать на частотах до сотен МГц. Его линии сброса, линии прерывания и управления, переключатели интегральных схем, высокоточные схемы преобразования A / D и схемы, содержащие слабые аналоговые сигналы, подвержены помехам; Поэтому для проектирования и разработки стабильной и надежной системы DSP важно иметь антиинтерференционный дизайн.

1 Анализ создания помех в системе DSP

Для систем DSP основные помехи возникают из следующих аспектов:

1.I / O помехи каналу. Под помехами понимается вход в систему через передний и обратный каналы, такие как каналы сбора данных системы DSP. помехи накладываются на сигнал через датчик, увеличивая ошибку сбора данных. В выходной линии помехи увеличивают ошибки выходных данных и даже приводят к полной ошибке, что приводит к сбою системы. Оптические устройства могут быть разумно использованы для уменьшения помех в входных и выходных каналах, а входящие и исходящие помехи могут быть изолированы с помощью помех датчиков и основной системы DSP.

2. помехи в энергосистеме. Основной источник помех для всей системы DSP. В то время как источник питания питает систему, его шум добавляется к источнику питания. При проектировании схемы силового чипа линия электропитания должна быть развязана.

3. Интерференции связи с космическим излучением. Связь через излучение обычно называют перекрестным возмущением. Последовательные помехи возникают в электромагнитном поле, создаваемом при прохождении тока через провод, и электромагнитное поле индуцирует переходный ток в соседнем проводе, что приводит к искажению или даже ошибке близлежащего сигнала. Интенсивность последовательных помех зависит от геометрических размеров устройства и провода и расстояния разделения. В проводке DSP, чем больше расстояние между сигнальными линиями, тем ближе к земной линии, тем более эффективно уменьшается последовательное возмущение.

2 Проектирование PCB для устранения причин помех

Ниже показано, как уменьшить различные помехи при производстве PCB в системах DSP.

2.1 Многослойная конструкция

В высокоскоростных цифровых схемах DSP, чтобы улучшить качество сигнала, уменьшить сложность проводки и увеличить EMC системы, обычно используется многослойная конструкция. Конструкция стека обеспечивает кратчайший путь возврата, уменьшает площадь связи и подавляет помехи дифференциального модуля. При проектировании укладки распределение специального слоя мощности и заземления, а также тесная связь между заземлением и силовым слоем способствуют подавлению конформных помех (использование соседних плоскостей для снижения сопротивления переменного тока в плоскости мощности). В качестве примера можно привести четырехслойную конструкцию.

Использование этой четырехуровневой конструкции PCB имеет много преимуществ. Под верхним слоем находится слой питания, который может быть подключен к источнику питания напрямую, не пересекая плоскость заземления. Ключевые сигналы выбираются на нижнем (нижнем) уровне, что делает пространство для проводки важных сигналов больше, и устройство размещается на одном и том же уровне, насколько это возможно.

2.2 Дизайн макета

Чтобы получить оптимальную производительность системы DSP, очень важна компоновка компонентов. Сначала поместите устройства DSP, Flash, SRAM и CPLD, тщательно рассмотрите пространство для проводки, затем поместите другие IC в соответствии с принципом функциональной независимости и, наконец, рассмотрите размещение портов ввода / вывода. В сочетании с вышеприведенной компоновкой, учитывая размер PCB: если размер слишком большой, печатная линия будет слишком длинной, сопротивление будет увеличиваться, шумостойкость будет уменьшена, стоимость платы увеличится; Если PCB слишком мал, теплоотдача не очень хорошая, пространство также будет ограничено, а соседние линии могут быть легко нарушены. Поэтому следует выбирать оборудование в соответствии с фактическими потребностями, сочетая пространство проводки и грубо вычисляя размер PCB. При размещении системы DSP особое внимание следует уделять размещению следующих устройств.

(1) Высокоскоростная схема сигнала

Во всей системе DSP основные высокоскоростные цифровые сигнальные линии расположены между DSP, Flash и SRAM, поэтому расстояние между устройствами должно быть как можно ближе, а их соединение должно быть как можно короче и напрямую подключено. Поэтому, чтобы уменьшить влияние линии передачи на качество сигнала, высокоскоростная линия сигнала должна быть как можно короче. Кроме того, учитывая, что многие чипы DSP со скоростью до нескольких сотен МГц требуют змеевидной обмотки (замедленной настройки). Это будет подчеркнуто в проводах ниже.

(2) Раскладка цифрового модульного оборудования

Большинство DSP - систем не имеют единой функциональной схемы и широко используют цифровые устройства CM0S и гибридные устройства с цифровыми модулями, поэтому компоновку цифровых модулей следует разделить. Устройства аналоговых сигналов настолько сконцентрированы, насколько это возможно, что аналоговое поле может нарисовать независимую область, относящуюся к аналоговому сигналу, в середине всего цифрового поля, чтобы избежать помех цифровому сигналу для аналогового сигнала. Некоторые цифровые гибридные устройства, такие как D / A преобразователи, традиционно рассматриваются как аналоговые устройства, размещенные на аналоговой земле и обеспечивающие цифровую петлю, которая позволяет цифровому шуму возвращаться к источнику сигнала, тем самым уменьшая влияние цифрового шума на аналоговую землю.

(3) Расположение часов

Для часов, выбора чипа и сигнала шины держитесь как можно дальше от линий ввода / вывода и разъемов. Часовой ввод системы DSP очень уязвим, и его обработка имеет решающее значение. Всегда убедитесь, что генератор часов находится как можно ближе к чипу DSP и делает линию часов как можно короче. Корпус кристаллического генератора часов предпочтительно заземлен.

(4) Расшивка развязок

Чтобы уменьшить мгновенное перенапряжение напряжения на источник питания чипа ИС, на чип ИС добавлен развязывающий конденсатор, который может эффективно удалять влияние заусенцев на источник питания и уменьшать отражение контура питания на PCB. Добавление развязывающих конденсаторов может обойти высокочастотный шум устройства ИС или может использоваться в качестве конденсатора хранения энергии для обеспечения и поглощения мгновенной зарядки и разрядки энергии переключателя двери ИС.

В DSP - системах для каждой интегральной схемы устанавливаются развязывающие конденсаторы, такие как DSP, SRAM, Flash и т. Д. И добавляются между каждым источником питания и заземлением чипа, уделяя особое внимание развязывающим конденсаторам как можно ближе к зажимам питания (исходным полюсам) и выводам компонентов IC. Обеспечить чистоту тока от зажимов питания (зажимов питания) и IC и максимально сократить путь шума.

(5) Распределение питания

При разработке системы DSP необходимо тщательно продумать источник питания. Поскольку некоторые силовые чипы производят большое количество тепла, они должны быть размещены в благоприятном положении для охлаждения и отделены от других компонентов PCB на определенное расстояние. Вы можете использовать радиатор или положить медный радиатор под устройство. Обратите внимание, что тепловыделяющие компоненты не размещаются на дне панели разработки.