PCB Teknik - Yüksek Hızlı PCB Tasarımı Nedir

Yüksek Hızlı PCB Tasarımı Nedir? Yüksek hızlı PCB tasarımı, yüksek hızlı sinyal iletimini destekleyebilen devre kartı tasarımına atıfta bulunur, bu sinyaller genellikle yüksek hızlı dijital sinyallere, yüksek hızlı analog sinyallere vb. Atıfta bulunur. Malzeme seçiminde, düzen tasarımında, kablolama tasarımında ve diğer özel gereksinimlerin yönlerinde yüksek hızlı PCB tasarımı, iletim sürecindeki sinyalin bütünlüğünün ve istikrarının bozulmamasını, zayıflamamasını ve sistemin performans gereksinimlerini karşılamasını sağla

Hızlı bir sinyal nedir?

Bu soruya cevap olarak, dünyaca ünlü bir EDA yazılım şirketi olan Cadence, bunu aşağıdaki şekilde tanımlar:

50MHz'den büyük herhangi bir sinyal yüksek hızlı bir sinyaldir.

Sinyalin bulunduğu bölgenin iletim yolu uzunluğu 1/6Î′den büyük olduğunda, yüksek hızlı bir sinyal olarak tanımlanacaktır;

Sinyal yüksek hızlı olup olmadığı veya frekanslardan bağımsız olup olmadığını ve genel öntanımlı olup olmadığını düşünüyor mu: sinyal yüksek/düşen kısmı 50ps'den az olduğunda yüksek hızlı olarak kabul edilir;

Sinyal iletim yolu boyunca iletildiğinde, ciddi cilt etkisi ve güç kaybı oluşursa yüksek hızlı bir sinyal olarak kabul edilebilir.

Yüksek hızlı devre

Genellikle, dijital mantık devre frekansı 45MHZ ~ 50MHZ'e ulaşırsa veya aşırsa ve bu frekansın üzerinde çalışan devre tüm elektronik sistemin belli bir miktarını (örneğin 1/3) oluşturduğunda, yüksek hızlı devre olarak adlandırılır.

Aslında, sinyalin kenarının harmonik frekansı sinyalin kendisinden daha yüksektir. Sinyal iletiminin beklenmedik sonucuna neden olan yükselen kenar ve düşen kenardır (veya sinyalin atlamasıdır). Bu nedenle, hattın yayılma gecikmesi 1/2 dijital sinyalin sürücü ucunun yükselme zamanından daha büyük ise, bu tür sinyalin yüksek hızlı sinyal olarak kabul edildiği ve iletim hattı etkisi ürettiği genellikle kabul edilmiştir.

Sinyal iletimi, sinyalin durumu değiştiği anda, örneğin yükselme veya düşme zamanında gerçekleşir. Sinyal, sürücüden alıcıya sabit bir süreden geçer. İletim süresi yükselme veya düşme süresinin 1/2'sinden az ise, alıcıdan yansıtılan sinyal, sinyal durumu değişmeden önce sürücüye ulaşacaktır. Bunun tersine, yansıtılan sinyal, sinyal durumunu değiştirdikten sonra sürücüye ulaşacaktır. Yansıtılan sinyal güçlüyse, üst üste yerleştirilmiş dalga biçimi mantıksal durumu değiştirebilir.

Yüksek hızlı sinyallerin belirlenmesi

Yukarıda iletim hattı etkisinin oluşumunun ön koşullarını tanımladık, ancak hat gecikmesinin sürücünün sinyal yükselme süresinin 1/2'sinden daha büyük olup olmadığını nasıl bilebiliriz? Genel olarak, sinyal yükselme süresinin tipik değeri cihaz kılavuzunda verilebilir ve PCB tasarımındaki sinyal seyahat süresi gerçek kablolama uzunluğuna göre belirlenir. Aşağıdaki şekil, sinyal yükselme süresi ve izin verilen kablolama uzunluğu (gecikme) arasındaki uyumluluğu gösterir.

PCB'deki bir inç başına gecikme 0.167ns'dir. Bununla birlikte, ağ kablosunda birçok delik, pinler ve kısıtlamalar varsa, gecikme artacaktır. Tipik olarak, yüksek hızlı mantık cihazları için sinyal yükselme süresi yaklaşık 0.2ns'dir. Kartta GaAs çip varsa, büyük kablo uzunluğu 7.62mm'dir.

Tr'i sinyal yükselme zamanı ve Tpd'i sinyal çizgi yayınlama gecikmesi olarak ayarlayın. Eğer Tr â™137;¥4Tpd, sinyal güvenli bölgede düşerse. Eğer 2Tpdâ ± 137Tpd, sinyal kesin bölgeye düşerse. Eğer Tr â along 137;¤2Tpd, sinyal sorun alanına düştü. Kesinlikle ve sorun bölgelerinde düşen sinyaller için hızlı sürükleme metodları kullanılmalı.

İletim hattı nedir

PCB tahtasındaki düzenleme altında gösterilen seri ve paralel kapasite, dirençlik ve induktans yapısına eşit olabilir. Seri rezistencilerin tipik değerleri 0,25-0,55 ohms/foot. Parallel rezistenci genelde insulasyon katı yüzünden çok yüksektir. Parazitik dirençliği, kapasitet ve induktans gerçek PCB sürücüsüne eklendikten sonra, uçaktaki son impedans özellikle impedance Zo denir. Tel diametrinin genişliğinde, güç/yere yaklaştığında, ya da izolasyon katmanın dielektrik konstantünün yüksekliğinde, özelliklerin imfazı 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, sinyal yayıcısına geri gönderilecek ve tekrar refleks edilecek. Enerji azaldığında, yansıtılmış sinyalin genişliği sinyalin voltaj ve akışı stabilize edene kadar azalacak. Bu etkisi oscillations denir, ve sinyalin oscillations sık sık sık sinyalin yükselmesi ve düşen kenarında görülür.

İletim hattı etkisi

Yukarıda tanımlanan iletim hattı modeline dayanarak, iletim hattının genel devre tasarımı üzerinde aşağıdaki etkilere sahip olacağı sonucuna varılabilir.

· Yansıtılan sinyaller Yansıtılan sinyaller

• Gecikme ve Zamanlama Hataları

· Birden fazla mantık seviyesi eşik geçiş hataları Yanlış anahtarlama

• Aşırı ve Aşırı

• Indüksiyon Gürültü (veya çapraz konuşma)

EMI radyasyonu

Yansıtılan Sinyal

Eğer bir çizgi doğru (terminal uygulaması) bitirmiyorsa, sürücüsün sinyal pulusu alıcısına yansıtılır, sinyal profilini bozmayan beklenmedik bir etki sebebi olabilir. Bozulma bozulması çok önemli olduğunda, dizayn başarısızlığına sebep olan bir çeşit hataya yol a çabilir. Aynı zamanda, ses duyarlığıyla sinyalin bozulması arttırıldı, tasarım başarısızlığına da sebep olacak. Eğer yukarıdaki durum yeterince düşünülmezse, EMI, tasarım sonuçlarına etkilemeyecek değil de bütün sistemin başarısızlığına sebep olur.

Yansıtılan sinyallerin ana nedenleri şunlardır: çok uzun kablolama; Eşsiz bitmiş iletim hatları, aşırı kapasitans veya induktans ve impedans uyumsuzlukları.

Gecikme ve Zamanlama Hataları

Sinyal gecikmesi ve zamanlama hataları şunlardır: Sinyal, mantık seviyesinin yüksek ve düşük eşikleri arasında değiştiğinde bir süre boyunca değişmez kalır. Aşırı sinyal gecikmesi zamanlama hatalarına ve cihaz işlevselliğine neden olabilir.

Sorunlar genellikle birden fazla alıcı olduğunda ortaya çıkar. Devre tasarımcısı, tasarımın doğru olduğundan emin olmak için kötü durumda zaman gecikmesini belirlemelidir. Sinyal gecikmesinin nedeni: Sürücü aşırı yüklüdür ve kablo çok uzundur.

Çoklu Mantık seviyesi geçiş eşiği Hataları

Sinyal bu tür hata sonuçlarında logik seviye sınırı birkaç kez geçebilir. Mantık seviye eşiği hatasının çoğunu geçmesi özel bir sinyal oscilasyonu, yani sinyal oscilasyonu lojik seviye eşiğine yaklaşır, mantıklı seviye eşiğini çoğunu geçerse mantıklı bozukluğa yol a çar. Refleks sinyaller yüzünden: çok uzun sürücü sürücü, sonsuz gönderme hatları, aşırı kapasite veya induktans ve imkansız eşleşmeler.

Aşırı ve aşağı çekme

Aşırı ve aşağı çekme iki nedenden kaynaklanır: çok uzun hat veya sinyal çok hızlı değişir. Çoğu eleman alıcısı giriş koruma diyotlarıyla korunmasına rağmen, bazen bu aşma seviyeleri elemanın kaynak voltajı aralığını aşıp elemana zarar verebilir.

Crosstalk'ın

Crosstalk, bir sinyalin bir sinyal hattından geçtiğinde, ilgili sinyallerin, Crosstalk olarak adlandırılan PCB kartındaki bitişik sinyal hatlarında indükte edileceği anlamına gelir.

Sinyal kablosu zemin kablosuna ne kadar yakın olursa, hatlar arasındaki mesafe o kadar büyük olur ve çapraz konuşma sinyali o kadar küçük oluşturulur. Asynkron sinyaller ve saat sinyalleri çapraz konuşmaya daha eğilimlidir. Bu nedenle, çapraz konuşmayı ortadan kaldırma yöntemi, çapraz konuşma sinyalini kaldırmak veya ciddi olarak rahatsız edilen sinyali korumaktır.

Elektromanyetik Radyasyon

Elektromanyetik Müdahale (EMI), aşırı elektromanyetik radyasyona ve elektromanyetik radyasyona duyarlılığa neden olur. EMI, dijital bir sistemin açıldığında çevreye elektromanyetik dalgalar yaydırdığını ve böylece çevredeki elektronik cihazların normal çalışmasına müdahale ettiğini gösterir. Ana neden, devre çalışma frekansının çok yüksek olması ve düzen ve kabloların mantıksız olmasıdır. Şu anda, EMI simülasyonu için yazılım araçları var, ancak EMI emülatörleri çok pahalıdır ve simülasyon parametrelerini ve sınır koşullarını ayarlamak zor, bu da simülasyon sonuçlarının doğruluğunu ve uygulanabilirliğini doğrudan etkileyecek. Yaygın uygulama, tasarımın her bağlantısında kural sürücülüğünü ve kontrolünü gerçekleştirmek için tasarımın her bağlantısına EMI'yi kontrol eden tasarım kurallarını uygulamaktır.

Yüksek hızlı pcb tasarım esasları: düzen ve kablolama rehberi

Düzenleme ve düzenleme için mantıklı belirlenmesi, sinyal bütünlüğünü sağlamak, karışık konuşma, radyasyon ve imkansız durma ve diğer ortak EMI sorunlarını engellemek. Aşa ğıdaki belirtiler yüksek hızlı PCB tasarımında bir dizi problemden kaçırmak için daha büyük olabilir.

1. Yer katmanı, güç katmanı ve istifleme katmanı: Yüksek hızlı iletim hattının altında istiflenen PCB'nin aynı bir zemine sahip olduğundan ve zemin / güç katmanı boşluğundan geçmeyeceğinden emin olun.

2.Karakteristik Etkinliği: Özellikle düzeltme dullarının yüksek hızlı bir bağlantı üzerinde özelliklerin impedansı ve giriş impedansı olmasını sağlamak için transmis çizgisinde uygulanmalıdır.

3. İletim hattı aralığı: Önemli çapraz konuşmayı önlemek ve sinyallerin alıcının gürültü toleransını aşmamasını sağlamak için PCB'deki hizalamalar arasında yeterli bir aralık koruyun.

4.Güç Integriti: Güç ve toprak katlarını tarafından yerleştirin, özellikle de PDN'in yüksek hızlı komponentlerini fazla çalmayı engellemek için güçlü kısmını yerleştirin.

5.Otobüs ve Farklı İç Yolu: Parallel otobüsler ve farklı çiftler arasındaki minimal ayrılığı sağlamak için zamanlama eşleşmelerini güçlendirin.

6.Komponent Yerleştirme: kritik yüksek hızlı komponentler PCB düzeninde yerleştirilmesini sağlayın, böylece tüm kritik sinyaller minimal katı değişiklikleriyle rota edilsin.