電路設計 - DSP系統中PCB板的可靠性設計分析

使用高速設備, there will be more and more high-speed DSP (digital signal processing) system designs, 高速DSP應用系統中的信號處理問題已成為一個重要的設計問題. 在本設計中, 其特點是系統資料速率, 時鐘頻率和電路密度不斷增加, 以及its的設計 PCB板 顯示出與低速設計完全不同的行為特徵, 那就是, 出現信號完整性問題和加劇的干擾問題., 電磁相容性問題, 等.

這些問題可能導致或直接導致訊號失真、定時錯誤、不正確的數據、地址和控制線路、系統錯誤，甚至系統崩潰。 如果不解决這些問題，將嚴重影響系統性能，帶來不可估量的損失。 解决這些問題的方法主要取決於電路設計。 囙此，PCB板的設計質量非常重要。 這是將優化設計概念轉化為現實的唯一途徑。 以下討論了高速DSP系統中PCB板可靠性設計中應注意的幾個問題。

1、電源設計

高速DSP系統 PCB板設計 first needs to consider the power supply design problem. 電源設計中, 以下方法通常用於解决信號完整性問題.

1、考慮電源和接地的去耦

無論電路板是否有專用的接地層和電源層，都必須在電源和接地之間添加一定且分佈合理的電容器。 為了節省空間和减少通孔的數量，建議使用更多的片式電容器。 晶片電容器可以放置在PCB板的背面，即焊接表面。

片式電容器用寬導線連接到通孔，並通過通孔連接到電源和接地.

2、考慮配電的接線規則

獨立的類比和數位功率層

高速高精度類比元件對數位信號非常敏感。 例如，放大器會放大開關雜訊，使其接近脈衝訊號，囙此電路板的類比和數位部分、功率層通常需要分開。

3、隔離敏感訊號

一些敏感訊號（如高頻時鐘）對雜訊干擾特別敏感，必須對其採取高級隔離措施。 高頻時鐘（20MHz以上的時鐘或翻轉時間小於5ns的時鐘）必須有地線護送，時鐘線寬應至少為10mil，護送地線寬度應至少為20mil。 孔與地面接觸良好，每隔5cm沖孔與地面連接； 必須在時鐘發送側串聯22Î220Ω阻尼電阻器。 可以避免這些線路帶來的訊號雜訊造成的干擾。

2、軟硬體抗干擾設計

通常，高速DSP應用系統PCB板由用戶根據系統的具體要求進行設計。 由於設計能力和實驗室條件有限，如果不採取完善可靠的抗干擾措施，一旦工作環境不理想，就會出現電磁干擾，導致DSP程式流程混亂。 當DSP的正常工作程式碼無法恢復時，程式將運行或崩潰，甚至可能損壞某些組件。 應注意採取相應的抗干擾措施。

1、硬體抗干擾設計

硬體抗干擾效率高。 當系統複雜度、成本和體積可以容忍時，首選硬體抗干擾設計。 常用的硬體抗干擾科技可以總結如下：

（1）硬體濾波：RC濾波器可以大大衰减各種高頻干擾訊號。 例如，可以抑制“毛刺”的干擾。

（2）合理接地：合理設計接地系統。 對於高速數位和類比電路系統，具有低阻抗、大面積接地層非常重要。 接地層不僅可以為高頻電流提供低阻抗返回路徑，還可以减小EMI和RFI，並對外部干擾具有遮罩作用。 在PCB設計期間，將類比接地與數位接地分開。

（3）遮罩措施：交流電源、高頻電源、高壓設備和電弧產生的電火花會產生電磁波，成為電磁干擾的雜訊源。 金屬外殼可用於包圍上述設備並將其接地。 這對遮罩電磁感應引起的干擾非常有效。

2、軟件抗干擾設計

軟件抗干擾具有硬體抗干擾無法替代的優點。 在DSP應用系統中，還應充分發揮軟件的抗干擾能力，以儘量減少干擾的影響。 下麵給出了幾種有效的軟件抗干擾方法。

（1）數位濾波：類比輸入信號的雜訊可以通過數位濾波消除。 常用的數位濾波科技有：中值濾波、算術平均濾波等。

（2）設定陷阱：在未使用的程式區域設置引導程式的一部分。 當程式受到干擾並跳轉到此區域時，引導程式將強制將捕獲的程式引導到指定的地址，並使用特殊程式糾正那裡的錯誤程式。 處理。

（3）指令冗餘：在兩位元組指令和3位元組指令之後插入兩個或3個位元組的無操作指令NOP，當DSP系統受到程式跑掉的干擾時，可以防止程式自動進入正確的軌道。

3、電磁相容設計

電磁相容性是指電子設備在複雜電磁環境中正常工作的能力。 電磁相容性設計的目的是使電子設備能够抑制各種外部干擾，同時也减少電子設備對其他電子設備的電磁干擾。 在實際PCB板中，或多或少存在電磁干擾現象，即相鄰訊號之間的串擾。 串擾的大小與環路之間的分佈電容和分佈電感有關。 為了解决訊號之間的這種相互電磁干擾，可以採取以下措施：

1、選擇合理的導線寬度

瞬態電流對印刷線路的影響主要由印刷線路的電感引起，其電感與印刷線路的長度成正比，與寬度成反比。 囙此，使用短而寬的導線有利於抑制干擾。 時鐘引線和匯流排驅動器的訊號線通常具有較大的瞬態電流，其印製線應盡可能短。 對於分立元件電路，印刷線寬度約為1.5mm，以滿足要求； 對於集成電路，印刷線寬度選擇在0.2mm到1.0mm之間。

2、採用tic-tac-toe中的網格狀佈線結構。

具體方法是在PCB板的一層上水准佈線，在下一層上垂直佈線。

第四，散熱設計

為了便於散熱，印製板最好自行安裝，板間距應大於2cm。 同時，注意印製板上元件的佈局規則。 在水平方向上，大功率器件佈置在盡可能靠近印製板邊緣的位置，以縮短傳熱路徑； 在垂直方向上，大功率器件盡可能靠近印製板頂部，從而减少其對其他部件溫度的影響。 對溫度更敏感的部件應盡可能放置在溫度相對較低的區域，並且不應直接放置在產生大量熱量的設備上方。

In the various designs of 高速DSP應用系統s, how to transform a perfect design from theory to reality depends on 高品質PCB boards. DSP電路的工作頻率越來越高, 針腳越來越密, 干擾在新增., How to improve the quality of the signal 是非常重要的. 因此, 系統性能的好壞與系統的質量密不可分 PCB板 PCB設計師.