PCB Блог - Надежность PCB - панелей высокоскоростной системы DSP

Особенности PCB - платы высокоскоростной системы DSP и несколько вопросов, на которые следует обратить внимание при проектировании надежности, включая проектирование питания, антиинтерференционное проектирование аппаратного и программного обеспечения, проектирование электромагнитной совместимости, проектирование охлаждения и проводку важных сигнальных линий высокоскоростных схем, делают каждую конструкцию более эффективной. Разумно и легко осуществимо. Благодаря быстрому развитию микроэлектронных технологий, цифровая электронная система, состоящая из чипов IC, быстро развивается в направлении крупномасштабных, малых объемов и высоких скоростей и развивается все быстрее и быстрее. Применение новых устройств привело к высокой плотности схемы в современной конструкции EDA и высокой частоте сигналов. С использованием высокоскоростных устройств будет все больше и больше высокоскоростных систем DSP (цифровая обработка сигналов). Проблема сигнала становится важной проблемой при проектировании, характеризующемся растущей скоростью системных данных, тактовой скоростью и плотностью цепи, и ее PCB предназначен для демонстрации поведенческих характеристик, которые сильно отличаются от низкоскоростных конструкций, а именно проблем целостности сигнала, проблем усиления помех, проблем электромагнитной совместимости и т. Д. Эти проблемы могут привести или непосредственно привести к искажению сигнала, ошибкам времени, неправильным данным, адресам и линиям управления, системным ошибкам и даже сбоям системы. Если не решить должным образом, это серьезно повлияет на производительность системы и приведет к неизмеримым потерям. Решение этих проблем в основном зависит от конструкции схемы. Поэтому качество дизайна PCB - платы очень важно, и это единственный способ воплотить идеи дизайна в реальность. Ниже рассматриваются некоторые вопросы, на которые следует обратить внимание при проектировании надёжности PCB - панелей в высокоскоростных системах DSP.

Дизайн питания

При проектировании PCB - платы для высокоскоростной системы DSP первое, что нужно учитывать, - это дизайн питания. При проектировании источника питания обычно используются следующие методы для решения проблемы целостности сигнала.

Подумайте о развязке питания и заземления.

По мере увеличения рабочей частоты DSP DSP и другие компоненты IC имеют тенденцию к миниатюризации и плотной упаковке. Обычно при проектировании схемы учитываются многослойные пластины. Рекомендуется использовать специальные слои для питания и заземления. Например, напряжение источника питания I / O в DSP отличается от напряжения основного источника питания, поэтому можно использовать два разных слоя питания. Если учесть высокие затраты на обработку многослойных пластин, можно использовать специальные слои для питания с большим количеством проводок или относительно критическим источником питания, а также другие слои питания. Электрическая проводка может быть такой же, как и сигнальная линия, но обратите внимание на ширину линии. Независимо от того, имеет ли монтажная плата специальный заземленный и энергетический слои, необходимо добавить определенную и разумно распределенную емкость между источником питания и землей. Для экономии пространства и уменьшения количества сквозных отверстий рекомендуется использовать больше пластинчатых конденсаторов. Конденсатор пластыря может быть размещен на обратной стороне пластины PCB, то есть на сварной поверхности. Конденсатор чипа соединяется с отверстием широким проводом и соединяется с источником питания и заземлением через отверстие.

Рассмотрим правила подключения к электроснабжению.

Разделенные аналоговые и цифровые плоскости питания: высокоскоростные, высокоточные аналоговые элементы чувствительны к цифровым сигналам. Например, усилитель усиливает шум переключателя, приближая его к импульсному сигналу, поэтому в аналоговой и цифровой частях пластины плоскость мощности обычно необходимо разделить.

Изоляция чувствительных сигналов: некоторые чувствительные сигналы (например, высокочастотные часы) особенно чувствительны к шумовым помехам и должны быть изолированы на высоком уровне. Высокочастотные часы (часы с частотой выше 20 МГц или время поворота менее 5 НС) должны быть защищены наземной линией. Ширина часовой линии составляет не менее 10 м, а ширина защищенного заземления - не менее 20 м. отверстие хорошо контактирует с пластом и соединяется с пластом через отверстие каждые 5 см; На стороне передачи часов должны последовательно соединяться амортизаторы от 22 до 220 островов. Можно избежать помех, вызванных шумом сигнала, вводимого этими линиями.

Антиинтерференционный дизайн аппаратного и программного обеспечения: как правило, PCB - платы высокоскоростных DSP - приложений разрабатываются пользователями в соответствии с конкретными требованиями системы. Из - за ограниченных возможностей проектирования и лабораторных условий, если не будут приняты полные и надежные антиинтерференционные меры, неудовлетворительная рабочая среда и электромагнитные помехи приведут к путанице в процессах DSP. Когда нормальный рабочий код DSP не может быть восстановлен, программа выходит из - под контроля или рушится, и даже некоторые компоненты могут быть повреждены. Следует позаботиться о принятии соответствующих антиинтерференционных мер.

Аппаратный антиинтерференционный дизайн: аппаратная антиинтерференционная эффективность. Когда сложность, стоимость и объем системы доступны, предпочтение отдается аппаратному антиинтерференционному дизайну. Общие аппаратные средства защиты от помех можно резюмировать следующим образом:

(1) Аппаратные фильтры: RC - фильтры могут значительно ослаблять различные высокочастотные помеховые сигналы. Это позволяет подавлять помехи от "небольших сбоев".

(2) Разумное заземление: разумное проектирование системы заземления. Для высокоскоростных цифровых и аналоговых схем очень важно иметь плоскость заземления с низким сопротивлением и большой площадью. Заземление не только обеспечивает обратный путь с низким сопротивлением высокочастотному току, но и делает EMI и RFI меньше, а также защищает от внешних помех. При проектировании PCB - панелей аналоговое и цифровое заземление отделяются друг от друга.

(3) Меры защиты: искра, создаваемая источником питания переменного тока, высокочастотным источником питания, мощным электрическим оборудованием и дугой, создает электромагнитные волны и становится источником шума для электромагнитных помех. Вышеуказанные устройства могут быть окружены металлической оболочкой, а затем заземлены. Вмешательства, вызванные электромагнитной индукцией, очень эффективны.

(4) Оптическая изоляция: Оптические сепараторы могут эффективно избегать взаимных помех между различными платами. Высокоскоростные оптические сепараторы обычно используются для интерфейсов DSP и других устройств, таких как датчики, переключатели и т. Д.

Антиинтерференционный дизайн программного обеспечения: антиинтерференционная защита программного обеспечения имеет преимущества, которые аппаратная антиинтерференционная защита не может заменить. В прикладных системах DSP следует в полной мере использовать антиинтерференционную способность программного обеспечения для подавления воздействия помех. Ниже приведены несколько эффективных программных средств защиты от помех.

(1) Цифровая фильтрация: шум аналогового входного сигнала может быть устранен с помощью цифровой фильтрации. Общие методы цифровой фильтрации включают среднюю фильтрацию, среднюю арифметическую фильтрацию и так далее.

(2) Установите ловушку: Установите программу запуска в неиспользуемой области программы. Когда программа нарушена и прыгает в область, загрузчик направляет программу принудительного захвата на указанный адрес, где используется специальная программа для исправления неполадок. Будут рассмотрены позднее.

(3) Избыточность команд: после двухбайтовой и трехбайтовой команд вставляются две или три байтовые неактивные команды NOP, которые предотвращают автоматический выход программы на правильную орбиту, когда система DSP подвергается программным помехам.

(4) Установить часовой режим сторожевой собаки: если неконтролируемая программа входит в "бесконечный цикл", обычно используется технология "сторожевой собаки", чтобы вывести программу из "бесконечного цикла". Принцип заключается в использовании таймера, который генерирует импульсы в соответствии с установленным циклом. Если вы не хотите генерировать этот импульс, DSP должен очистить таймер за меньшее время, чем заданный цикл; Но когда программа DSP исчерпана, она не будет использоваться. Таймер будет вычищен по требованию, поэтому импульсы, генерируемые таймером, используются в качестве сигнала сброса DSP для сброса и инициализации DSP.

Конструкция электромагнитной совместимости: электромагнитная совместимость относится к способности электронных устройств нормально работать в сложной электромагнитной среде. Электромагнитная совместимость предназначена для того, чтобы электронные устройства не только подавляли различные внешние помехи, но и уменьшали электромагнитные помехи электронных устройств от других электронных устройств. В реальной пластине PCB между соседними сигналами более или менее существуют электромагнитные помехи, то есть последовательные помехи. Размер помех связан с распределенной емкостью и распределенной индуктивностью между кольцами. Для устранения взаимных электромагнитных помех между такими сигналами могут быть приняты следующие меры:

Выберите разумную ширину провода: ударные помехи, вызванные переходным током на печатном проводе, в основном вызваны индуктивной составляющей печатного провода, индуктивность которой пропорциональна длине печатного провода и обратно пропорциональна ширине. Поэтому полезно использовать короткие и широкие провода для подавления помех. Часовые провода и сигнальные линии шинных приводов обычно имеют большой переходный ток, и их печатные проводники должны быть как можно короче. Для схем с дискретными элементами ширина печатного провода может соответствовать требованиям, около 1,5 мм; Для ИС ширина печатного провода выбирается от 0,2 мм до 1,0 мм. Используется сетчатая кабельная структура. Конкретный метод заключается в горизонтальной проводке первого слоя печатной платы PCB, а затем вертикальной проводке следующего слоя.

Конструкция радиатора: Для удобства охлаждения печатная пластина устанавливается независимо, расстояние между пластинами должно быть больше 2 см В то же время обратите внимание на порядок расположения элементов на печатной пластине. В горизонтальном направлении мощные устройства расположены как можно ближе к краю печатной пластины, тем самым сокращая путь передачи тепла; В вертикальном направлении мощные устройства расположены как можно ближе к верхней части печатной пластины, тем самым уменьшая их влияние на температуру других компонентов. Компоненты, более чувствительные к температуре, должны размещаться в зонах с как можно более низкой температурой и не должны размещаться непосредственно над оборудованием с высокой теплоотдачей. Как превратить идеальный дизайн из теории в реальность при проектировании высокоскоростных DSP - приложений зависит от высококачественной платы PCB. Схемы DSP работают все чаще, штыри становятся плотнее, помехи становятся все больше и больше, Очень важно, как улучшить качество сигнала. Таким образом, производительность системы неотделима от качества платы PCB дизайнера.