PCB Teknik - Yüksek hızlı devre tahtalarını tasarladığında dikkat etmek için dört taraf

Bu makale süreçte nasıl değişikliklerin gerçek impedans değiştirmesini ve bu fenomeni tahmin etmek için tam alan çözücülerini nasıl kullanılacağını açıklıyor. Eğer süreç değişikliği olmasa bile, diğer faktörler gerçek impedans çok farklı olacak. Yüksek hızlı devre tahtalarını tasarladığında, otomatik tasarım araçları bazen bu açık ama çok önemli sorunu bulamazlar. Ama tasarımın ilk adımlarında bazı ölçümler alındığı sürece bu sorunun kaçınılması mümkün. Bu teknik "savunma tasarımı" denir.

Toplar sayısı

İyi laminat yapısı, en çok sinyal integritet sorunları ve EMC sorunları için en iyi önleme ölçüdür. Ayrıca insanların en yanlış anlaşılması. Burada oyunda birkaç faktör var ve bir sorunu çözmek için iyi bir yol diğer sorunları daha kötüleştirebilir. Çoğu sistem tasarım satıcıları devre kurulunda en azından bir sürekli uçak olmasını öneriyor ki özellikleri impedance ve sinyal kalitesini kontrol etmek için bir sürekli uçak olmalı. Bu maliyetin karşılaştığı sürece, bu iyi bir teklif. EMC danışmanları sık sık elektromagnet araştırmalarına elektromagnet radyasyonu ve duyarlığını kontrol etmek için dış katına yeryüzü doldurulmasını veya yeryüzü katını yerleştirmeyi tavsiye ediyor. Bu da bazı şartlar altında iyi bir teklif.

Şekil 1: laminat yapısının sinyal problemini kapasite modeli ile analiz edin

Ancak geçici akışlar yüzünden bu metod bazı ortak tasarımlarda sorun olabilir. İlk olarak, bir iki güç uça ğına/yeryüzü uçağına bakalım: kapasitör olarak görülebilir. Elektrik katı ve toprak katı kapasitörün iki tabakası olduğunu düşünebilir. Daha büyük bir kapasitet değeri almak için, iki tabağı yaklaştırmak ve dielektrik konstantünü arttırmak gerekir. Kapacitans daha büyük, impedans aşağı, bu bizim istediğimiz şey, çünkü sesi bastırabilir. Diğer katların nasıl düzenlenmesine rağmen, ana güç katı ve toprak katı yakın ve toprakın ortasında olmalı. Eğer güç katı ve toprak katı arasındaki mesafe büyük olursa, büyük bir döngü oluşturur ve birçok ses getirir. 8 katı tahtası için, güç katını bir tarafta yerleştirmek ve toprak katı diğer tarafta bu sorunlara neden olur:

1. Maksimum karışık konuşması. Birleşik kapasitenin arttığı yüzünden sinyal katları arasındaki karışık konuşma kendi katlarının karışık konuşmasından daha büyük.

2. En büyük devre. Şimdi her elektrik uça ğının etrafında akışlar ve sinyale paralel oluyor. Ana elektrik uçağına büyük miktarı girer ve yeryüzünden döner. EMC özellikleri dönüştürücü akışının arttığı yüzünden kötüleşecek.

3. impedans üzerinde kontrol kaybı. Sinyal kontrol katından daha uzakta, etrafındaki diğer yöneticiler yüzünden impedans kontrolünün doğruluğunu düşürüyor.

4. Çünkü sol kısa devre neden olmak kolay, ürünün maliyetini arttırabilir.

performans ve mal arasındaki ticaret seçimi yapmamız gerekiyor. O yüzden en iyi SI ve EMC özelliklerini almak için dijital devre kurulu nasıl düzenleyeceğiz?

PCB'nin her katmanın dağıtımı genellikle simetrik. İki sinyal katından fazla birbirinin yanına koyulmalı; yoksa SI kontrolü büyük ölçüde kaybedecek. İç sinyal katlarını simetrik olarak çiftlere koymak en iyisi. Bazı sinyaller SMT aygıtlarına bağlanılması gerekmezse dışarıdaki kattaki sinyal düzenlemesini küçültmeliyiz.

Şekil 2: İyi bir tasarım çözümünün ilk adımı laminatlı yapıyı doğru tasarlamak.

Daha fazla katlı devre tahtaları için bu yerleştirme yöntemini birçok kez tekrar edebiliriz. Ayrıca daha fazla güç katları ve toprak katları eklemek mümkün; İki güç katı arasında sinyal katı olmadığını sağlayan sürece.

Yüksek hızlı sinyallerin düzenlenmesi aynı çift sinyal katmanlarında düzenlenmeli; Bu prensip SMT aygıtlarının bağlantısı yüzünden ihlal edilmesi gerektiğinden başka. Bütün sinyal izleri ortak bir dönüş yolu olmalı (yani yeryüzü uça ğı). İki katı iki katı olarak kabul edilebileceğini yargılamak için iki fikir ve yöntem var:

1. eşit uzaklardaki dönüş sinyalleri tam olarak aynı olduğundan emin olun. Bu da sinyaller iç yeryüzü uçağının her iki tarafında simetrik şekilde yönlendirilmesi gerektiğini anlamına geliyor. Bunun avantajı, impedans ve akışını kontrol etmek kolay olmaktır; Yer katında bir sürü şişe var ve faydasız bir katlar var.

2. Yaklaşık sürücü iki sinyal katı. Önemli şu ki, yeryüzündeki vialların en az (gömülü viallar kullanarak) kontrol edilebilir. Bu metodun etkinliğinin bazı anahtar sinyalleri için azaltılmasıdır.

İkinci yöntemde, sürmek ve alınmak için yer bağlantısı sinyal düzenleme katına yakın bir katla doğrudan bağlanmalı. Basit bir yönlendirme prensipi olarak, yüzeysel yönlendirme genişliği in ç olarak sürücü yükselmesi zamanının 1/3'inden daha az olmalı (mesela, yüksek hızlı TTL'in yönlendirme genişliği 1 inç).

Eğer çoklu güç malzemeleri tarafından güçlendirilirse, onları ayırmak için bir yerel katı elektrik temsil kablosu arasında yerleştirilmeli. Elektrik malzemeleri arasındaki AC bağlantısını önlemek için kapasiteler oluşturulmaz.

Yukarıdaki ölçümler hepsi devre ve karışık konuşmayı azaltmak için ve impedans kontrol yeteneğini güçlendirmek için. Yer uçağı da etkileyici bir EMC oluşturacak. Özellikle impedans etkisini düşünmenin önünde kullanmadığım yüzey alanı yeryüzü katına çevirebilir.

Karakteristik impedance

İyi laminatlı bir yapı impedans'ı etkili olarak kontrol edebilir ve sürücüsü kolay anlayabilir ve tahmin edilebilir bir transmis hattı yapısı oluşturabilir. Yerdeki çözüm araçları böyle sorunları iyi çözebilir, değişkenlerin sayısı en azından kontrol edildiği sürece oldukça doğru sonuçlar alınabilir.

Ancak, üç ya da daha fazla sinyal birlikte bulunduğunda, bu olay kesinlikle değil, ve neden uygun. Hedef impedance değeri cihazın süreç teknolojisine bağlı. Yüksek hızlı CMOS teknolojisi genellikle 70Ω ile ulaşabilir; Yüksek hızlı TTL aygıtları genelde yaklaşık 80Ω 100 Ω ile ulaşabilir. Çünkü impedans değeri genellikle sesli tolerans ve sinyal değiştirme üzerine büyük bir etkisi var, impedans seçtiğinde çok dikkatli olmak gerekir. ürün kitabı buna doğru yol göstermelidir.

Yerde çözüm aracının başlangıç sonuçları iki tür sorunlara karşılaşabilir. İlk olarak sınırlı görüntülerin sorunu. Alan çözüm aracı sadece yakın izlerin etkisini analiz ediyor ve impedance etkileyen diğer katlarda paralel izler olmadığını düşünmüyor. Yer üzerindeki çözüm aracı sürüklemeden önce detayları bilmez, yani izler genişliğini takdirde, ama yukarıdaki çift düzenleme yöntemi bu sorunu azaltır.

Yarım güç uçaklarının etkisini söylemeye değer. Dışarı devre tahtası sık sık sürüşmeden sonra topraklı bakra kabloları ile kalabalıktır. Bu, EMI ve dengelenme için faydalı. Eğer sadece dış katı için böyle ölçümler alınırsa, bu madde önerilen laminat yapısı özellikleri impedans üzerinde çok küçük bir etki yaratacak.

Bir çok yakın sinyal katmanın kullanımının etkisi çok önemlidir. Bazı yerde çözüm araçları bakar yağmurunun varlığını bulamıyor, çünkü sadece basılı çizgileri ve tüm katı kontrol edebilir, böylece impedance analizi sonuçları yanlış. Yaklaşık katta metal varken, daha az güvenilir bir yer katı gibi davranır. Eğer impedans çok düşük olursa, anlık akışı büyük olacak. Bu, pratik ve hassas bir EMI sorunu.

impedance analizi araçlarının başarısızlığının başka bir sebebi kapasiteler dağıtılır. Bu analiz araçları genellikle pins ve vias etkisini etkileyemez (bu etkisi genellikle bir simülatörle analiz edilir). Bu etkisi önemli olabilir, özellikle arka uçakta. Sebebi çok basit: özellik impedans genellikle bu formülle hesaplanabilir: â™L/C

Aralarında L ve C, birim uzunluğuna göre indiktans ve kapasitesi vardır.

Eğer pinler eşit ayarlanırsa, ekleme kapasitesi hesaplama sonuçlarına çok etkileyecek. Formül: â™L/(C+C')

C, birim uzunluğunda bir pin kapasitesi.

Eğer bağlantılar arka uçakta olduğu gibi doğru bir çizgide bağlanırsa, toplam çizgi kapasitesi ve toplam pin kapasitesi ilk ve son çizgiler hariç kullanılabilir. Bu şekilde etkili impedans düşürülecek ve 80Ω ile 8Ω düşürülebilir. Etkileşimli değeri bulmak için orijinal impedans değeri bölüşmesi gerekiyor: â™(1+C'/C)

Bu hesaplama komponent seçimi için çok önemlidir.

gecikme

Simülasyon yaparken, komponent ve paketin kapasitesini (ve bazen induktans de dahil olmalı) düşünmeli. İki sorun dikkatini çekmeli. İlk olarak, simulatör dağıtılmış kapasiteleri doğrudan simüle edemeyebilir. İkinci olarak, tamamlanmamış katlar ve paralel izler olmayan farklı üretim koşullarının etkisine dikkat vermek gerekir. Çoğu yerde çözüm araçları tam güç ve yerde uçaklar olmadan stack dağıtımı analiz edemez. Ancak, sinyal katına yakın bir yer katı varsa, hesaplanmış gecikme oldukça kötü olacak, bir kapasitör gibi en büyük gecikme olacak. Eğer iki taraflı bir tahta iki katta bir sürü yeryüzü kablosu ve VCC bakır yağmuru varsa, bu durum daha ciddi. Eğer süreç otomatik edilmezse, bu şeyleri CAD sisteminde ayarlamak çok karmaşık olacak.

EMC

EMC'yi etkileyen birçok faktör var, bunların çoğu genellikle analiz edilmez. Analiz edilse bile, tasarım tamamlandıktan sonra çok geç oluyor. EMC'yi etkileyen bazı faktörler:

1. Elektrik uça ğındaki noktalar dört dalga uzunluğu antene oluşturur. Metal konteynerlerinde kurulma grupları gerektiğinde, bu yerine sürme metodları kullanılmalı.

2. Etkileyici komponentler. Bir keresinde tüm tasarım kurallarını takip eden ve simülasyon yapmış bir tasarımcıyla tanıştım. Ama devre tahtası hala çok radyasyon sinyalleri var. Üst katta bir transformatör oluşturmak için birbirlerine paralel iki induktör oluşturduğu sebebi.

3. Tamamlanmamış yeryüzü uça ğının etkisi yüzünden, iç katının düşük sıkıntısı dış katında büyük geçici bir akışı sebep ediyor.

Bu sorunların çoğunu savunma tasarımı kabul eden kaçırılabilir. İlk önce doğru stack yapısı ve düzenleme stratejisi oluşturmalı, böylece iyi bir başlangıç yapabilecek.

Burada bazı temel sorunlar, mesela ağ topoloji, sinyal bozulma sebepleri ve karışık konuşma hesaplama metodları gibi örtünmüyor; EDA sisteminden alınan sonuçları uygulamaya yardım etmek için sadece bazı hassas sorunlar analiz edilir. Herhangi bir analiz kullanılan modelden bağlı, ve bilinmeyen faktörler sonuçları da etkileyecek. Çok karmaşık olmak çok doğru olmak gibidir. Çok fazla parametre değişikliklerinden kaçınmak (yazılmış çizgi genişliği gibi, vb.) temiz ve uyumlu tasarımda yardım edecek.