PCB Teknik - Yüksek hızlı FPGA tabanlı PCB tasarım teknolojisi

Eğer yüksek hızlı PCB tasarımı şematik düğümlerini bağlayıp bilgisayar monitorinde görebileceğiniz kadar güzel olabilir, harika bir şey olacak. Fakat tasarımcılar PCB tasarımına yeni veya çok şanslı değilse, gerçek PCB tasarımı genellikle işe yaradığı devre tasarımına kadar kolay değildir. Tasarım sonunda normalde çalışmadan önce ve birisi performansını onaylamadan önce PCB tasarımcıları birçok yeni sorunlar ile karşılaşıyor. Bu, yüksek hızlı PCB tasarım kurallarının ve tasarım rehberlerinin durumu gelişmeye devam ediyor. Şanslıysanız, başarılı bir çözüm oluşturacaklar.

PCB'nin en büyük çoğu devre kurulunun girdi ve çıkışını oluşturan PCB aygıtlarının çalışma prensipinde ve karşılaştırma etkisinde bulunan şematik tasarımcılardır. Profesyonel düzenleme tasarımcıları arasındaki karşılaşma işbirliğinin sonucu, çevirildikten sonra devre bakı kablosuna dönüştü. Genelde son devre kurulunun başarısız veya başarısızlığından sorumlu olan şematik tasarımcısı. Fakat ne kadar şematik tasarımcı mükemmel tasarım tekniklerini biliyor, büyük sorunlardan kaçırmak için daha fazla fırsat vardır.

Tasarım yüksek yoğunluk FPGA içerirse muhtemelen iyi tasarlanmış şematik önünde birçok çözüm olabilir. Yüzlerce girdi ve çıkış limanları dahil eder, çalışma frekansları 500MHz üzerinde (bazı tasarımlarda daha yüksek olabilir) ve yarım milimetre kadar küçük sol topu topları, bunların hepsi tasarım birimleri arasında istekli olmayan bir araştırma sebebi olacak. Mutlaka etkisi.

Tekrar değiştirme sesi

Yüksek hızlı veri hatlarını çözmek için, farklı sinyallere değiştirmek ilk adım iyi. Farklı çiftlerde bir çizgi, sink sonu ve diğeri kaynak akışını sağlayan bir çizgi olduğundan dolayı, temel olarak induktif etkisini silebilir. Verileri göndermek için farklı bir çift kullandığında, çünkü şu anda yerel kalır, dönüş yolunda oluşturduğu "sıçrama" sesini azaltmak için yardımcı olur. Radyo frekansları yüzlerce MHz ya da birkaç GHz'e kadar, sinyal teorisi, impedance eşleştiğinde maksimum sinyal gücünün yayınlanabileceğini gösteriyor. İletim çizgisinin iyi eşleşmediğinde, yansımalar oluşacak ve sadece sinyalin bir parçası gönderici'nden alıcı cihazına gönderilecek, diğer parçalar gönderici ile alıcı arasında geri dönecek. PCB'deki farklı sinyal uygulamasının kalitesi impedance eşleşmesine (ve diğer aspektlerine) büyük etkisi olacak.

Farklı izler tasarımı

Farklı izler tasarımı kontrol edilmiş impedans ile PCB'nin principine dayanılır. Model biraz koksiyal kablo gibidir. Kontrol edilmiş impedans ile PCB üzerinde metal uçak katmanı kaldırma katmanı olarak kullanabilir, insulatör FR4 laminatı ve yöneticiler sinyal izleme çiftidir (görüntü 1). FR4'nin ortalama dielektrik konstantı 4.2 ve 4.5 arasında. Çünkü üretim hatası bilinmiyor. Bakar kablosunu aşırı etkileyebilir. Sonunda, engelleme hatalarının sebebi olabilir. PCB izlerin impedansını hesaplamak için en doğru yöntemi, bölge analiz program ı (genellikle iki boyutlu, bazen üç boyutlu), Maxwell'in denklemlerini tüm PCB gruplarında doğrudan çözmek için sonlu elementlerin kullanımına ihtiyacı olan bir alan analiz programı kullanmak. Yazılım, izler boşluğuna, çizgi genişliğine, çizgi kalınlığına ve izolatma katının yüksekliğine dayanarak EMI etkilerini analiz edebilir.

Kıpırdama ve geçiş kapasiteleri

Gerçek PCB performansının gerçek görüntülerinin uyguladığını belirlemek için başka bir önemli aspekt var. Dönüştürme kapasitelerini eklemek, PCB'nin güç sağlığı ve toprak uçağı arasındaki induktans azaltmasına yardım eder ve PCB'deki her yerde sinyal ve IC imkanını kontrol etmeye yardım eder. Baypass kapasitörü FPGA için temiz bir elektrik temizlemesine yardım ediyor (bir yük bankası veriyor). Gelenekli kural, PCB sürücüsünün uygun olduğu yerde kapasiteleri ayırmak ve FPGA güç pinlerin sayısı kapasitelerin sayısını belirliyor. Fakat FPGA'nin ultra yüksek değiştirme hızı bu stereotipi tamamen kırdı.

Tipik bir FPGA tahta tasarımında, enerji temsiline en yakın kapasitör, günümüzdeki değişiklikleri yüklemek için frekans ödüllendirir. Düşük frekans filtrelemesini sağlamak ve temin voltajını düşürmek için büyük deşiklik kapasiteleri kullanılır. Elektrik düşürmesi, dizayn devresi başladığında voltaj düzenleyicisinin cevabına geçirmesi nedenidir. Böyle büyük kapasitörler genellikle düşük frekans cevabı olan elektrolik kapasitörlerdir ve frekans cevabı DC'den birkaç yüz kHz'e kadar uzaktadır.

Her FPGA çıkış değişikliği enerji gereken sinyal çizgisini yüklemek ve aktarmak gerekiyor. Baypass kapasitörünün fonksiyonu geniş frekans menzilinde yerel enerji depolaması sağlamaktır. Ayrıca, yüksek frekans geçici için yüksek hızlı akışını sağlamak için küçük bir seri indukatörü olan küçük bir kapasitör gerekiyor. Yüksek frekans kapasitesinin enerjisi tükettiğinden sonra, yavaş cevaplı büyük kapasitör ağır enerjisini sağlamaya devam ediyor.

Genelde, çözümleme kapasitesinin düzenlemesi kesinlikle kısa olmalı, aracın dikey mesafesini de dahil. Biraz artırma bile kabloların incelenmesini arttıracak, bu yüzden ayrılma etkisini azaltmak.

Diğer teknolojiler

Sinyal hızları arttığında devre tahtasında verileri kolayca yayınlamak daha zorlaşır. Bazı teknikler PCB performansını daha da geliştirmek için kullanılabilir.

İlk ve en açık yöntem basit aygıt düzeni. En kısa ve en doğru yolu en kritik bağlantılar için tasarlamak için ortak anlamı, ama bunu aşağı tahmin etmeyin. En basit strateji en iyi sonuçları alabileceğinden dolayı, neden sinyali tahtada ayarlamak zorunda kalıyor?

Neredeyse basit bir yöntem sinyal çizginin genişliğini düşünmek. Veri hızı 622MHz veya daha yüksek olduğunda sinyal davranışının deri etkisi daha önemli olur. Uzun olduğunda, PCB'deki çok ince izler (4 ya da 5 mil gibi) sinyale büyük bir gelişme oluşturacaktır, tıpkı tasarlanmış hiçbir yerleşmeyen düşük geçiş filtrü gibi, onun gelişmesi Frekans'le artıyor ve artıyor. Arka uçağın uzunluğunda, frekansların yüksekliğinde ve sinyal çizgisinin genişliğinde olması gerekiyor. Arka uçağın 20 santimden uzun izleri için çizgi genişliğin 10 ya da 12 mil uzatması gerekiyor.

Genelde tahtadaki en kritik sinyal saat sinyalidir. Saat çizgisi çok uzun veya kötü tasarlanmış olduğunda, kıpırdamı genişletir ve aşağı akışını yükseltir, özellikle hızlı arttığında. Saat yayınlamak için birçok katı kullanmayı engellemelisiniz ve saat çizgisinde viallar yok çünkü viallar impedans değişimlerini ve yansımalarını arttıracak. Eğer iç katı saat açılmak için kullanılması gerekirse, yukarı ve aşağı katlar gecikme azaltmak için yeryüzü uçaklarını kullanmalı. Tasarım FPGA PLL kullandığında, güç uçağında sesler PLL çarpıştırmasını arttıracak. Eğer bu kritik ise PLL için "güç adası" yaratabilirsiniz. Bu adası metal uça ğında daha kalın bir etk kullanabilir ki, PLL analog elektrik tasarımını dijital elektrik tasarımından ayırmak için.

Sonunda, en iyi metodlardan biri FPGA üreticisi tarafından verilen referans kuruluna referans etmek. Yapıcıların çoğu özel bilgi sorunları yüzünden özel uygulamalar gerekebilir olsa da referens kurulun kaynak dizini bilgilerini sunacak. Bu devre tahtaları genelde standart yüksek hızlı I/O arayüzleri içerir çünkü FPGA üreticileri aygıtlarını karakterizlemek ve sertifik etmek için bu arayüzleri kullanmalı. Ancak aklında tutun, bu devre tahtaları genellikle çoklu amaçlar için tasarlanmış ve tam olarak özel tasarım gerekçelerine uymuyor. Bu şekilde hala çözümler yaratmak için başlangıç noktası olarak kullanılabilir.

Bu makalenin toplantısı

Tabii ki, bu makale sadece bazı temel fikirler hakkında konuşur. Buradaki bütün konular bütün kitabın uzunluğunda tartışılabilir. Anahtar, hedefin PCB düzenleme tasarımına çok zaman ve çaba yatırılmadan önce ne olduğunu çözmek. Düzenleme tasarımı tamamlandığında, izlerin genişliği biraz ayarlanmış olsa bile, yeniden tasarım çok zaman ve para tüketecek. PCB düzenleme mühendislerine gerçek ihtiyaçlarına uygun bir tasarım yapmak için güvenemezsiniz. Şematik tasarımcısı her zaman doğruluğu sağlamalı, akıllı seçimler yapmalı ve çözümün başarısından sorumluluk almalı.