PCB Teknik - Yüksek hızlı PCB tasarlama yöntemi: IC paketlerinin özelliklerini nasıl üstlenebilir?

IC paketine doğrudan ayrılma kapasitesini yerleştirmek EMI'yi etkili olarak kontrol edebilir ve sinyalin bütünlüğünü geliştirebilir. Bu makale IC'nin iç paketlerinden başlar, EMI kaynağını ve EMI kontrolünde IC paketlerinin rolünü analiz eder ve sonra 11 etkili EMI kontrol tasarım kurallarını önerir, paket seçimi, pin yapı düşünceleri, çıkış sürücüleri ve kapasiter tasarım metodlarını çözürme ve benzer. Mühendislerin en iyi EMI baskısı performansını sağlamak için yeni tasarımda en uygun bilgisayar devre çipi seçmesine yardım et. Existing system-level EMI kontrol teknolojilerinde:

(1) Döngü bir Faraday kutusunda (devre içeren mekanik paketi mühürlenmelidir) EMI korumasını sağlamak için kapalı;

(2) EMI kontrolünü sağlamak için devre kurulunda veya sistemin I/O limanında filtr ve yenileme teknolojisi kabul edilir;

(3) Ağımdaki devrelerin elektrik alanını ve manyetik alanını kesinlikle koruyun, ya da devre tahtasında uygun tasarım tekniklerini, PCB izlerin ve devre tahtası katlarının (kendi koruması) kapasitesini ve incelemesini sağlayarak, EMI performansını geliştirmek için kullanılan uygun tasarım tekniklerini kullanın.

EMI kontrolü genelde yukarıdaki teknolojilerin kombinasyonu gerekiyor. Genelde konuşurken, EMI kaynağına yakın olduğunda, EMI kontrolünü elde etmek için gereken maliyeti daha küçük. PCB'deki integral devre çipi EMI'nin en önemli enerji kaynağıdır. Bu yüzden, eğer integral devre çipinin iç özelliklerini derinlikte anlayabilirseniz, PCB ve sistem seviyesi tasarımında EMI kontrolünü basitleştirebilirsiniz.

PCB tahta seviyesi ve sistem seviyesi tasarım mühendislerinin genellikle ulaşabileceği EMI kaynağının PCB olduğuna inanıyor. Açıkçası, PCB tasarım seviyesinde, EMI'yi geliştirmek için çok iş yapabilir. Ancak, EMI kontrolünü düşündüğünde, tasarım mühendisleri ilk olarak IC çipinin seçimini düşünmeli. Paket türü, bias voltaj ve çip süreci teknolojisi (CMOS, ECL, TTL gibi) benzer birleşmiş devrelerin bazı özellikleri, elektromagnyetik araştırmalarına büyük bir etkisi var. Bu makale bu sorunlara odaklanacak ve EMI kontrolünün etkisini tartışacak.

1. EMI kaynağı

Dijital integral devrelerin geçişi sırasında lojik yüksekten mantıktan düşük ya da mantıktan düşük ya da mantıklı yükseklere kadar, çıkışta üretilen kare dalga sinyalinin frekansı EMI'yi neden olan tek frekans komponenti değil. Ekran dalgası geniş frekans menzili olan sinusoidal harmonik komponentler içerir ve bu sinusoidal harmonik komponentler mühendislerin umurunda olan EMI frekans komponentleri oluşturur. En yüksek EMI frekansiyonu da EMI emisyon bandwidth denir ve sinyal frekansiyonu yerine sinyal yükselmesi zamanının bir fonksiyonudur. EMI emisyon bandwidth hesaplamak için formül: F=0.35/Tr

Aralarında F, GHz'deki frekans. Tr sinyal yükselmesi zamanıdır ya da sinyal yükselmesi zamanıdır (nanosaniye).

Yukarıdaki formülden görebilmek zor değil, eğer devreğin değiştirme frekansiyeti 50MHz ve kullanılan integral devre çipinin yükselmesi 1ns olursa, devreğin en yüksek EMI emisyon frekansiyeti 350MHz'e ulaşacak. Bu devreğin değiştirme frekansiyetinden çok daha büyük. Eğer IC'nin yükselmesi 500ps olursa, devrelerin en yüksek EMI emisyon frekansı 700MHz kadar yüksektir. Hepimiz bildiğimiz gibi, devredeki her voltaj değeri belli bir akışa uyuyor ve her akışın da uyumlu bir voltaj vardır. IC'nin çıkışı lojikten yüksek veya mantıktan düşük veya mantıklı yüksek mantıkla değiştiğinde, bu sinyal voltajları ve sinyal akışları elektrik ve manyetik alanları oluşturacak ve bu elektrik ve manyetik alanların en yüksek frekansı emisyon bandwidth. Elektrik ve manyetik alanların gücü ve dış radyasyonun yüzdesi sadece sinyal yükleme zamanının fonksiyonu değil, aynı zamanda sinyal kaynağı ve yük noktası arasındaki sinyal yolunun kapasitesi ve induktans kontrolüne bağlı. İşte, sinyal kaynağı PCB'de bulundur. IC tahtasının içindedir ve yük diğer IC'ler içindedir. Bu IC'ler PCB'de olabilir ya da olabilir. EMI'yi etkili kontrol etmek için, sadece IC çipinin kapasitesine ve etkiliğine dikkat etmek gerekmez, ancak PCB'de bulunan kapasitesine ve etkiliğine de dikkat etmek gerekmez.

Sinyal voltajı ve sinyal döngüsü arasındaki bağlantı sıkı değildiğinde devreğin kapasitesi düşürecek, bu yüzden elektrik alanın baskı etkisi zayıflatacak ve bu yüzden EMI arttırılacak; Dönüşteki akımların aynı durumu ise, eğer şu anki fakir bir bağlantı aynı dönüş yolu arasında kesinlikle, dönüşteki induktans arttırırsa, bu yüzden manyetik alanı geliştirir ve sonunda EMI'nin arttırılmasına neden olursa. Diğer sözleriyle, elektrik alanının zayıf kontrolü genellikle manyetik alanın zayıf baskısına sebep olur. Elektromagnetik alanı devre tahtasında kontrol etmek için kullanılan ölçüler genellikle IC paketinde elektromagnet alanı bastırmak için kullanılan ölçülere benziyor. PCB tasarımı olduğu gibi, IC paket tasarımı EMI'ye çok etkileyecek.

Elektromagnetik radyasyonunun önemli bir parçası elektrik otobüsünde voltaj geçici tarafından nedeniyor. IC'nin çıkış sahnesi atlayıp bağlantı PCB çizgisini "yüksek" logik olarak sürükleyince, IC çipi elektrik tasarımından akışını absorber ve çıkış sahnesinde gereken enerji sağlayacak. IC'nin sürekli dönüşünde oluşturduğu ultra-yüksek frekans ağı için elektrik otobüsü PCB'deki devre ağından başlar ve IC'nin çıkış sahnesinde sona erer. Eğer çıkış sahnesinin sinyal yükselmesi zamanı 1,0n olursa, IC, PCB üzerindeki yayım hatlarını kısa bir sürede sürüştürmek için enerji temsilinden yeterince akışını çizmek zorunda kalır. Elektrik otobüsündeki voltaj geçici enerji otobüsü yolundaki induktansına bağlı, şu and a sarılmış ve şu ankinin geçiş zamanına bağlı. voltaj geçici, aşağıdaki formül tarafından belirlenir: V=Ldi/dt,

Aralarında: L, şu anki gönderme yolundaki induktans değeridir; di sinyal yükselmesi saat aralığındaki şu anda değişiklikleri temsil ediyor; dt, şu anda iletişim zamanı temsil ediyor (sinyalin yükselmesi zamanı).

IC pins ve iç devreler enerji otobüsünün bir parçasıdır ve sarsılmış akışın yükselmesi ve çıkış sinyali IC süreç teknolojisine göre belirli bir şekilde bağlı olduğundan dolayı, yukarıdaki formül uygun IC'yi seçerek büyük ölçüde kontrol edilebilir. Üç eleman içerisinde bahsetmiştir.

2. Elektromagnetik araştırma kontrolünde IC paketinin rolü

IC paketleri genellikle: silikon tabanlı çipler, küçük bir iç PCB ve patlama. Silikon tabanlı çip küçük bir PCB üzerinde bağlanmış ve silikon tabanlı çip ve patlama arasındaki bağlantı bir bağlantı kabı ile fark edilmiş ve doğru bağlantı da bazı paketlerde fark edilebilir. Küçük PCB silikon tabanlı çip ve IC paketindeki uyumlu pinler arasındaki sinyal ve güç temsilcisi arasındaki bağlantısını fark ediyor, böylece silikon tabanlı çip üzerindeki sinyal ve güç temsilcisi düğümlerinin dış uzantısını fark ediyor. IC'ye giren güç ve sinyal ulaşım yolları: silikon tabanlı çipler, küçük PCB, PCB izleri ve IC paketinin girdi ve çıkış çipleri ile bağlantılar içeriyor. Elektrik alana ve manyetik alana uygun kapasitet ve induktans kontrolü bütün yayım yolunun tasarımına bağlı. Bazı dizayn özellikleri, tüm IC çip paketinin kapasitesini ve etkisini doğrudan etkileyecek.

İlk olarak silikon tabanlı çip ve iç küçük devre tahtası arasındaki bağlantıya bakın. Çoğu IC çipleri silikon tabanlı çip ve iç küçük devre tahtası arasındaki bağlantıları fark etmek için bağlantı kabloları kullanır. Bu silikon tabanlı çip ve iç küçük devre tahtası arasında çok ince uçan bir kablo. Bu teknoloji genellikle kullanılır çünkü silikon tabanlı çip ve iç küçük devre tahtasının sıcak genişleme koefitörü benziyor. Çip kendisi silikon tabanlı bir cihazdır ve sıcaklık genişleme koeficienti tipik PCB materyallerinden (epoksi resin gibi) çok farklıdır. Silikon tabanlı çipinin elektrik bağlantı noktaları, iç küçük PCB üzerinde doğrudan yükselmiş olursa, sonra relativ kısa bir süre sonra, IC paketinin iç sıcaklığı sıcaklık genişleme ve kontraksiyonu neden olursa ve bu şekilde bağlantı kırıklığın sebebi başarısız olur. Bağlantı kablo bu özel çevreye uyum sağlayan bir ön metodu. Büyük bir miktarda dikme ve deformasyona dayanabilir ve kırmak kolay değil.

İlişim kabloları kullanmakta olan sorun, her sinyal veya güç çizgisinin güncel döngü alanının arttığı gösterim değerini arttıracaktır. Daha düşük bir induktans değerini elde etmek için iyi tasarım silikon tabanlı çip ve iç PCB arasındaki doğru bir bağlantı elde etmek, yani silikon tabanlı çip bağlantısının noktası PCB'ye doğrudan bağlanmıştır. Bu, çok düşük bir CTE olmalı özel bir PCB tahtası temel materyalinin kullanımına ihtiyacı var. Bu maddelerin seçimi IC çipinin bütün maliyetini arttıracak. Bu yüzden, bu süreç teknolojisini kullanan çip ortak değil, ama silikon tabanlı çip ile taşıyan PCB ile doğrudan bağlayan IC'nin oluşturduğu sürece ve tasarım tasarımında olabilir, sonra bu IC aygıtlarını kullanmak daha iyi bir seçimdir.

Genelde, IC paketi tasarımında, sinyal ve uyumlu devre arasındaki kapasitenin azaltması ve kapasitesini arttırmak veya elektrik tasarımı ve toprak arasındaki ilk seçenekler, integral devre çipi seçmesi için. Örneğin, küçük yüksek yüzey dağıtma teknolojisi büyük yüksek yüzey dağıtma teknolojisi ile karşılaştırılmalı. İlk seçilmeli küçük bir yüzey dağıtma teknolojisi ile paketlenmiş IC çipleri ve bu iki tür yüzey dağıtma teknolojisi paketi IC çipleri ön tür paketler üzerinden daha iyi. BGA paketlenen IC çipleri, genelde kullanılan paket türlerinin karşılığında en düşük önlük etkisi vardır. Küçük paketler ve daha hayırlı topraklar genelde gelişmiş performansı temsil ediyor.

İlk yapı tasarımının önemli bir özelliği pinlerin ayrılması. Sinyal veya güç tasarımının yakınlığına bağlı olduğu için, geri yoluna yeterince dönüş yolları düşünmeli.

Güç ve toprak pinleri çift olarak ayırmalıdır, ve her güç pini birbirine yakın bir yeryüzü pini olmalıdır, ve bu ön yapısında çoklu güç ve toprak çifti ayırmalıdır. Bu özellikler ikisi de enerji temsili ve toprak arasındaki döngü etkinliğini büyük bir şekilde azaltır ve elektrik otobüsünde voltaj geçirmelerini azaltır ve bununla EMI'yi azaltır. Genel sebepler yüzünden, şimdi pazardaki birçok IC çipi, üstündeki tasarım kurallarına tamamen uymuyor. Ancak IC tasarımcıları ve üreticileri bu tasarım yönteminin avantajlarını derin anladılar, bu yüzden IC üreticileri yeni IC çiplarını tasarlamaya ve yayınlamaya daha çok dahil ediyorlar. Güç bağlantısına dikkat et.

Düşünüşe göre, her sinyal pipine yakın bir sinyal dönüştürücü pipini verin. Gerçek durum bu durum değil, en avangarde IC üreticileri bile bu şekilde IC çip pinleri ayırmadı, ama diğer kompromis metodlarını kabul etti. BGA paketinde etkili bir tasarım metodu, her sekiz sinyal pinlerin merkezinde sinyal dönüş pinsini ayarlamak. Bu pin ayarlamasında, her sinyal her sinyal ve sinyal dönüş yolu arasında. Fark sadece bir pin. Dört düz paket (QFP) veya diğer düz kanat tipi IC için sinyal dönüş yolunu sinyal grupunun merkezinde yerleştirmek gerçekleştirmez. Bu şekilde her 4'e 6'a sinyal geri dönüştürmesini sağlamak gerekiyor. Farklı IC süreç teknolojileri farklı sinyal dönüş voltajlarını kullanabilir. Bazı IC, sinyal dönüş yolu olarak (TTL aygıtları gibi) zemin pinleri kullanır ve bazı IC enerji pinleri kullanır (çoğu ECL aygıtları gibi)