PCB Teknik - Yüksek hızlı PCB kontrol edilebilir ve elektromagnetik uyumlu tasarımı

(1) Elektronik sistem tasarımının karşısındaki çözümler

Sistem tasarımın karmaşıklığına ve integrasyonuna büyük ölçek artımıyla elektronik sistem tasarımcıları 100MHZ üzerindeki devre tasarımına katılıyor ve otobüs operasyon frekansı 50MHZ'ye ulaştı veya fazladı, bazıları 100MHZ'den fazladı. Şu and a tasarımların %50'inde 50MHz'den fazla saat frekansiyonu var ve tasarımların %20'inde 120MHz'den fazla saat frekansiyonu var.

Sistem 50MHz'de çalıştığında, yayınlama hattı etkileri ve sinyal integritet sorunları olacak; Sistem saati 120MHz'e ulaştığında, yüksek hızlı devre tasarım bilgileri kullanılmazsa, geleneksel metodlara dayalı tasarlanmış PCB çalışmayacak. Bu yüzden, hızlı devre tasarımı teknolojisi elektronik sistem tasarımcılarının evlat alması gereken bir tasarım metodu oldu. Tasarım sürecinin kontrol yeteneğini sadece yüksek hızlı devre tasarımcılarının tasarlama tekniklerini kullanarak başarılabilir.

(2) Hızlı bir devre nedir?

Genelde bir dijital mantık devresinin frekansiyeti 45MHZ~50MHZ'den yaklaşırsa veya bu frekansiyetin üstünde çalışan devre tüm elektronik sistemin (örneğin 1/3) bir payı alırsa, bu devre yüksek hızlı devre denir.

Aslında sinyal kenarının harmonik frekansı sinyalin kendi frekansından daha yüksektir. Sinyal (ya da sinyal atlamaların) yükselen ve düşen kenarları, beklenmediğimiz sonuçlar sinyal yayılmasına neden oluyor. Bu yüzden genelde, eğer çizgi yayınlama gecikmesi dijital sinyal sürücü sonunun 1/2'den daha büyük olursa, bu sinyaller yüksek hızlı sinyaller olarak kabul edilir ve yayınlama çizgi etkileri üretir.

Sinyal iletişimi, sinyal durumu değiştiğinde, yükselme veya düşme zamanı gibi anında oluyor. Sinyal sürücü sonundan alınan sonuna kadar sabit bir zaman sürüyor. Eğer iletişim zamanının yükselmesi ya da düşme zamanının 1/2'inden az olsa, alınan sonundan yenilenen sinyal sinyal değiştirme durumunun önünde sürücü sonuna ulaşacak. Dönüştürülen sinyal, sinyal durumu değiştirdikten sonra sürücü sonuna ulaşacak. Eğer yansıtılmış sinyal güçlü olursa, üst ayarlanmış dalga formu mantıklı durumu değiştirebilir.

(3) Hızlı sinyallerin belirlenmesi

Daha üstünde yayınlama hattı etkilerinin ortaya çıkması için ön şartları belirledik, ama sürücü sonunun sinyal yükselmesi zamanının 1/2'den büyük olup olmadığını nasıl bileceğiz? Genelde, sinyal yükselmesi zamanının tipik değeri aygıt el kullanımında verilebilir ve sinyal yayınlama zamanı PCB tasarımında gerçek yönlendirme uzunluğu tarafından belirlenir. Aşağıdaki çizgi sinyal yükselmesi zamanı ve sağlayabilen sürücü uzunluğu arasındaki ilişkileri gösterir (gecikme).

PCB'deki bir inç boyunca gecikme 0,167n'dir. Ancak, eğer birçok vial, birçok cihaz pins ve ağ kablinde birçok sınırlar ayarlarsa, gecikme artırır. Genelde yüksek hızlı mantıklı aygıtların sinyal yükselmesi saati 0,2 santim. Eğer tahtada Gaas çipleri varsa, maksimum dönüşüm uzunluğu 7,62mm.

İzin verin sinyal yükselmesi zamanı ve Tpd sinyal çizgi yayılması gecikmesi. Eğer Tr â™137;¥4Tpd, sinyal güvenli bir bölgede düşerse. Eğer 2Tpdâ ± 137Tpd, sinyal kesin bölgeye düşerse. Eğer Tr â along 137;¤2Tpd, sinyal sorun alanına düştü. Emin olmayan bölgelerde ve sorun bölgelerinde düşen sinyaller için yüksek hızlı sürükleme metodları kullanılmalı.

(4) Gönderme hattı nedir?

PCB tahtasının izleri altındaki şekilde gösterilen seri ve paralel kapasitet, dirençlik ve induktans yapılarıyla eşittir. Seri direksiyonun tipik değeri 0,25-0,55 ohms/foot. Uyuşturucu katmanın yüzünden paralel direnişlik genelde çok yüksektir. Parazitik dirençliği, kapasitesi ve incelenci gerçek PCB sürücüsüne eklendikten sonra, sürücüğün son impedansı özellikli impedance Zo denir. Tel diametri daha genişli, güç/yere yakın, ya da izolasyon katmanın dielektrik konstantünü daha yüksek, karakteristik impedansı daha küçük. Eğer iletişim çizgisinin ve alıcı sonu eşleşmezse, çıkış ağımdaki sinyali ve sinyalin son stabil durumu farklı olacak, bu da sinyali alıcı sonunda refleks edilmesine neden oluyor ve bu refleks sinyali sonuna geri gönderilecek ve tekrar refleks edilecek. Enerji azaldığında, yansıtılmış sinyalin genişliği sinyalin voltaj ve akışı stabilize edene kadar azalacak. Bu etkisi oscilasyon denir ve sinyalin yükselmesi ve düşen kenarlarında sık sık görülebilir.

(5) Transmission hattı etkisi

Yukarıdaki tanımlanmış transmis hattı modelinin altında, toplamak için, transmis hattı tüm devre tasarımına aşağıdaki etkileri getirecek.

• Reflected signals

• Gecikme ve Zaman Hataları

• Mantık seviye eşiği hatasını tekrar geçiyor False Switching

Üstüne vur/Ateş

• Güvenli Ses (ya da karışık konuşma)

• EMI radyasyon

5. 1 Refleks sinyal

Eğer bir izle doğrudan sonlandırılmazsa (terminal eşleşmesi), sürücü sonundan sinyal pulsu alınan sonunda yansıtılır, beklenmedik etkiler ve sinyal profilini bozuluyor. Bu bozulma çok önemli olduğunda, bir çeşit hata olabilir ve tasarım başarısızlığına sebep olabilir. Aynı zamanda, gürültü arttırılmasına karıştırılmış sinyalin duygusallığı, bu da tasarım başarısızlığına sebep olabilir. Eğer yukarıdaki durum yeterince düşünülmezse, EMI, kendi tasarımın sonuçlarını etkilemeyecek değil de bütün sistemin başarısızlığına sebep olur.

Görünülmüş sinyaller için önemli sebepler: çok uzun izler; Eşleşmek, aşırı kapasite veya induktans ile sona ermeyen iletişim çizgileri ve imkansız eşleşmek üzere.

5. 2 Gezdirme ve zamanlama hataları

Sinyal gecikme ve zamanlama hataları şöyle gösterilir: sinyal lojik seviyesinin yüksek ve düşük sınırları arasındaki sinyal bir süre boyunca atlamaz. Çok fazla sinyal geçirmesi zamanlama hatalarını ve aygıt fonksiyonlarını karıştırabilir.

Sorunlar genelde birçok alıcı olduğunda ortaya çıkar. Devre tasarımcısı tasarımın doğruluğunu sağlamak için en kötü olay zamanının geçirmesini belirlemeli. Sinyal gecikmesinin sebebi: sürücü fazla yüklendi ve sürücü çok uzun.

5.3 Mantık seviye eşiği hatasını birçok kez geçirmek

Sinyal geçiş sürecinde mantıklı seviye sınıfını birçok kez geçebilir, bu tür hata sonucunda. Mantık seviye eşiğini birçok kez geçmenin hatası sinyal oscilasyonu özel bir şekildir, yani sinyalin oscilasyonu mantıklı seviye eşiğine yaklaşır ve mantıklı seviye eşiğini birçok kez geçmenin mantıklı fonksiyon bozukluğuna sebep olur. Görünülmüş sinyallerin sebepleri: uzun izler, sonsuz iletişim hatları, aşırı kapasite veya induktans ve imkansız eşleşme.

5.4 İndirme ve ateş et

İki sebepten aşırı vurulma ve aşağı vurulma: izler çok uzun ya da sinyal çok hızlı değişiyor. İçeri koruma diodları tarafından korunan çoğu komponent olsa da, bazen bu aşağılık seviyeleri komponent elektrik yükselmesi ve hasar komponentleri üzerinden fazla yükselecek.

5. 5 Crosstalk

Crosstalk sinyal bir sinyal çizgisinden geçtiğinde, işaretli sinyal PCB'nin yanındaki sinyal çizgisinde etkilenecek gibi gösterilir. Buna karışık konuşma diyoruz.

Sinyal çizgisinin yakınlığı yere, çizgi boşluğu daha büyük ve çarpışma sinyali oluşturduğu kadar küçük. Asynchronous sinyaller ve saat sinyalleri karışık konuşmaya daha yakın. Bu yüzden karışık konuşma yöntemi, karışık konuşma sinyalini kaldırmak veya ciddi karıştırılan sinyali korumak.

5. 6 Elektromagnetik radyasyon

EMI (Elektro-Magnetic Interference) elektromagnet araştırmalarına bağlı. Sorunlar yüzünden aşırı elektromagnet radyasyon ve elektromagnet radyasyonuna karşı duygusallık içeriyor. EMI, bir dijital sistem etkinleştirildiğinde çevre çevresine elektromagnet dalgalarını yayılacak ve çevredeki elektronik ekipmanların normal operasyonuna karıştıracak. Bunun en önemli sebebi devreğin operasyon frekansı çok yüksektir ve düzenlemesi mantıksız. EMI simülasyonu için yazılım araçları var, ama EMI simülatörleri çok pahalıdır ve simülasyon parametreleri ve sınır koşullarını ayarlamak zor. Bu simülasyon sonuçlarının doğrudan doğruluğuna ve olağanüstü etkileyecek. En yaygın yaklaşım, tasarımın her tarafında EMI kontrol etmek için çeşitli tasarım kurallarını uygulamak, tasarımın her tarafında kural yönlendirilmiş ve kontrol etmek.

(6) Transfer hattı etkilerini engellemek için metodlar

Yukarıdaki iletişim satırı sorunları tarafından tanıtılan etkilerlere göre, bu etkileri aşağıdaki bölgelerden kontrol etmek için metodlar hakkında konuşalım.

6.1 Anahtar ağ kablosunun uzunluğunu kesinlikle kontrol edin

Eğer tasarımda yüksek hızlı bir geçiş sınırı varsa, PCB üzerindeki yayım hattı etkisinin sorunu düşünmeli. Bugünlerde genellikle kullanılan yüksek saat frekansları ile hızlı integral devre çipleri böyle sorunları var. Bu problemi çözmek için bazı temel prensipler var: eğer CMOS veya TTL devreleri tasarım için kullanılırsa, operasyon frekansı 10MHz'den az ve sürücü uzunluğu 7 santimden daha büyük olmamalı. Dönüş uzunluğu 50MHz'de 1,5 inç daha büyük olmamalı. Eğer operasyon frekansı 75MHz'e ulaşırsa ya da geçerse, dönüş uzunluğu 1 inç olmalı. Gaas çipleri için maksimum sürükleme uzunluğu 0,3 inç olmalı. Eğer bu standart aştıysa, iletişim hattı sorunları olacak.

6.2 Düzenlemenin topolojisini nedenle planlayın.

Transfer çizgi etkisini çözmek için başka bir yol doğru yönlendirme yolunu ve terminal topolojisini seçmek. Düzenlemenin topolojik yapısı bir a ğ kabelinin düzenleme ve düzenleme yapısına bağlı. Yüksek hızlı mantık aygıtlarını kullandığında, izler dalının uzunluğu kısa tutulmazsa, çabuk değişiklik kenarlarıyla sinyal bagajı izlerindeki dalın izleri tarafından bozulacak sinyaller. Normal koşullarda, PCB rotasyonu iki temel topolog kullanır, yani Daisy Chain rotasyonu ve yıldız dağıtımı.

Sıcak zincir sürücüğü için sürücüğün sonundan başlar ve her alışveriş sonuna ulaşır. Eğer sinyal özelliklerini değiştirmek için seri direnişliği kullanılırsa seri direnişliğinin pozisyonu sürücü sonuna yakın olmalı. Yüksek sıralar harmonik araştırmalarını kontrol etmek üzere, süslü zincir sürücüsü en iyi etkisi var. Ancak bu dönüştürme metodu en düşük dağıtım oranı ve yüzde 100'ü dağıtmak kolay değil. Gerçek tasarımda, mümkün olduğunca kısa sürece süt zincirindeki dalga uzunluğunu yaparız. Güvenli uzunluğun değeri: Stub Gezdirmesi <= Trt *0.1.

Örneğin, yüksek hızlı TTL devrelerin uzunluğu 1,5 santimden az olmalı. Bu topoloji daha az sürükleme alanı alır ve tek bir direkçiyle sonlandırılabilir. Ancak bu düzenleme yapısı farklı sinyal alınan sinyallerin alınmasını sağlıyor.

Yıldız topoloji yapısı saat sinyalinin asynchronous problemini etkili olarak kaçırabilir, fakat yüksek yoğunlukta PCB tahtasındaki sürücünü manual tamamlamak çok zor. Otomatik bir rotörü kullanmak yıldız sürücüsünü tamamlamanın en iyi yoludur. Her bölgede dirençleri bitirmek gerekiyor. Terminalin dirençlerinin ilişkisi bağlantının özellikle uygulaması gerekiyor. Bu, özellikler impedans değerini ve terminal uygulayan dirençlik değerini hesaplamak için kullanılan CAD araçlarıyla hesaplanılabilir.

Yukarıdaki iki örnekte basit terminal dirençleri kullanılır. Pratik içinde daha karmaşık eşleştirme terminalleri seçilebilir. İlk seçenek RC eşleşen terminal. RC eşleşen terminal enerji tüketimini azaltır, fakat sinyal relatively stabil olduğunda kullanılabilir. Bu yöntem saat hattı sinyaline uyuşturmak için en uygun. Şansızlığı, RC ile eşleşen terminal'daki kapasitenin sinyalin şeklini ve yayılma hızını etkileyebilir.

Sıri dirençliği eşleşen terminal, fazla güç tüketimi üretmez, ama sinyal transmisini yavaşlatır. Bu metodu otobüs sürücü devreleri için kullanılır. Zaman gecikmesi küçük etkisi vardır. Seri direksiyonu uyuşturucu terminalin avantajı, gemide aygıtların sayısını ve sürücülerin yoğunluğunu azaltabilir.

Son metodu eşleşen terminal ayırmak. Bu şekilde eşleştirme komponenti alıcı sonuna yaklaşmalı. Önemli olan, sinyali düşürmeyecek ve gürültü çok iyi kaçırılabilir. Tipik TTL girdi sinyalleri için kullanılır (ACT, HCT, FAST).

Ayrıca, terminal uyuşturucusunun paket türü ve kuruluş türü de düşünmeli. Genelde SMD yüzeysel dağ dirençlerinin delik komponentlerinden daha düşük etkisi vardır. Bu yüzden SMD paketli komponentleri ilk seçim oldu. Eğer sıradan çizgi dirençleri seçerseniz, yerleştirmek için de iki seçenek var: dikey ve yatay.

Dikey yerleştirme modunda, dirençlerin bir yükselmesi çok kısa, bu da dirençli ve devre tahtası arasındaki sıcak dirençliği azaltır, böylece dirençlerin ısısı havaya daha kolay dağılır. Ama daha uzun dikey bir yerleştirme dirençlerin etkisini arttıracak. Ufqiy kurulu düşük kurulu yüzünden düşük etkisi var. Ancak, ısınmış direnişlik bozulacak. En kötü durumda, dirençlik a çık devre olacak, PCB izlerinin sonuçlanmasını ve potansiyel başarısızlık faktörü olacak.

6.3 Elektromagnetik araştırmaları bastırma yöntemleri

Sinyal integritet sorunu için iyi bir çözüm PCB tahtasının elektromagnet uyumluluğunu geliştirir. Çok önemli olanlardan biri PCB kurulun iyi bir yerleşmesini sağlamak. Karmaşık tasarımlar için yer katı olan sinyal katı kullanmak çok etkili. Ayrıca, devre tahtasının en uzak katının sinyal yoğunluğunu küçültmek de elektromagnetik radyasyonu azaltmak için iyi bir yoldur. Bu metodu "Yüzey alan katı" teknolojisini "Yapılandırma" tasarımı ve üretim PCB kullanarak anlayabilir. Yüzey alan katı, ortak bir süreç PCB üzerinde kullanılan zayıf izolatma katı ve mikro deliklerin kombinasyonunu eklerek fark edildi. Yüzey katmanın altında dirençlik ve kapasitesi gömülebilir ve birim bölgesindeki izler yoğunluğu neredeyse iki katlanacak. PCB boyutunu azaltın. PCB alanının azaltılması izlerin topolojik yapısına büyük bir etkisi var, yani şu and a dönüşün azaltılması, dalga izlerinin uzunluğu azaltılması ve elektromagnet radyasyonu şu anki dönüşün alanına yaklaşık proporsyonal olduğu anlamına gelir. Aynı zamanda, küçük boyutlu özellikler yüksek yoğunluğun önlü ayak paketlenen aygıtlar kullanılabilir, bu da kabinin uzunluğunu azaltır, bu yüzden şu anki dönüşü azaltır ve elektromagnyetik uyumluluğu özelliklerini geliştirir.

6.4 Diğer uygulanabilir teknolojiler

Tümleşik devre çipinin elektrik tasarımında voltajın anımsal a şağısını azaltmak için, integral devre çipine bir kapasitör eklenmeli. Bu güç teslimatı üzerinde yak etkilerini etkileyebilir ve basılı tahtadaki güç döngüsünün radyasyonunu azaltır.

Elektrik katmanının yerine birleştirilmiş devreğin elektrik tüpü bacağına doğrudan bağlanıldığında, fırlatma etkisi en iyidir. Bu yüzden bazı aygıt çorapları kapasitörleri çözüyor ve bazı aygıtlar kapasitör ve aygıt arasındaki mesafe yeterince küçük olması gerekiyor.

Her yüksek hızlı ve yüksek güç aygıtları, enerji teslimatının geçici üstünü azaltmak için mümkün olduğunca birlikte yerleştirilmeli.

Eğer güç katı yoksa, uzun güç bağlantısı sinyal ve döngü arasında bir döngü oluşturacak, radyasyon kaynağı ve hassas bir devre olacak.

İzlerin aynı a ğ kablosu ya da diğer izleri geçmeyen bir döngü oluşturduğu durum açık bir döngü denir. Eğer dönüş aynı a ğ kabelinin diğer kablelerinden geçerse kapalı bir dönüş oluşturur. İki durumda anten etkisi (kablo anten ve loop antennas) oluşturuyor. Antena dışarıdaki EMI radyasyonu oluşturur ve aynı zamanda hassas bir devre. Kapılmış döngü düşünmeli bir sorun, çünkü oluşturduğu radyasyon kapalı döngü alanına yaklaşık proporsyonal.

İşaretler dahil

Yüksek hızlı devre tasarımı çok karmaşık bir tasarım sürecidir. ZUKEN'in yüksek hızlı devre yönlendirme algoritmi (Yol Editor) ve EMC/EMI analiz yazılımı (INCASES, Sıcak Staj) sorunları analiz etmek ve bulmak için kullanılır. Bu makalede tanımlanmış metod özellikle bu yüksek hızlı devre dizaynı sorunlarını çözmek amacıdır. Ayrıca, yüksek hızlı devreleri tasarlandığında düşünülmeli birçok faktör var ve bu faktörler bazen birbirine karşı. Örneğin, yüksek hızlı aygıtlar birbirlerine yakın yerleştirildiğinde, gecikme azaltılabilir, karşılaştırma ve önemli sıcak etkiler olabilir. Bu yüzden tasarımda, çeşitli faktörleri a ğırlamak ve bütün bir anlaşma yapmak gerekir. Sadece tasarım ihtiyaçlarına uymuyor, tasarım karmaşıklığını da azaltır. Yüksek hızlı PCB tasarım metodlarının kullanımı tasarım sürecinin kontrol edebileceğini ve sadece kontrol edebilenlerin güvenilir.