PCB科技 - 如何保證DSP PCB設計的質量

隨著晶片集成度的提高, 晶片引脚的數量正在新增, 設備的包裝也在不斷變化, 從DIP到OSOP, 從SOP到PQFP, 從PQFP到BGA. TMS320C6000系列器件採用BGA封裝. 在電路應用方面, BGA封裝具有成功率高的特點, 維修率低, 和高可靠性. 它的應用越來越廣泛. 然而, 因為BGA封裝屬於球栅陣列晶片封裝, 它正在開發中. 系統的物理實現, 那就是, 板級設計涉及許多高速數位電路設計科技.

在高速系統中, 雜訊干擾的產生是第一個影響因素. 高頻PCB 電路也會產生輻射和碰撞, 而更快的邊緣速率將產生振鈴, 反射和串擾. 如果不考慮高速訊號佈局和佈線的特殊性, 設計的電路板不能正常工作. 因此, 在DSP電路設計過程中，PCB板設計的成功是一個非常關鍵的環節.

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

在高速DSP系統的PCB板設計中需要考慮的第一件事是電源設計。 在電源設計中，通常使用以下方法來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合理分佈的電容。 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、考慮配電接線規則

獨立的類比和數位功率平面

高速高精度類比元件對數位信號敏感。 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22Ω-220Ω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。 當系統複雜性、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歸納為以下幾類：

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

(2) Reasonable grounding: Reasonable design of grounding system, 用於高速數位和類比電路系統, 具有低阻抗非常重要, 大面積接地層. 接地層不僅可以為高頻電流提供低阻抗回路, 但也使EMI和RFI更小, 它對外部干擾也有遮罩作用. 過程中，將類比接地與數位接地分開 PCB設計.

（3）遮罩措施：交流電源、高頻電源、強電設備產生的電火花和電弧會產生電磁波，成為電磁干擾的雜訊源。 上述設備可以由金屬外殼包圍並接地。 這對遮罩電磁感應引起的干擾非常有效。

（4）光電隔離：光電隔離可以有效避免不同電路板之間的相互干擾。 高速光電隔離器通常用於DSP與其他設備（如感測器、開關等）的介面。

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，將干擾的影響降到最低。 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包括：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。 當程式由於干擾而跳轉到此區域時，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：在雙位元組指令和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。

（4）設定看門狗計時：如果失控程式進入“無限迴圈”，則通常使用“看門狗”科技使程式脫離“無限迴圈”。 原理是使用計時器，根據設定的週期生成脈衝。 如果不想產生該脈衝，DSP應在小於設定週期的時間內清除計時器； 但當DSP程式運行時，它不會根據需要清除計時器，計時器生成的脈衝將用作DSP重置訊號，以再次重置和初始化DSP。

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。 可以採取以下措施來解决訊號之間的相互電磁干擾：

1、選擇合理的導線寬度

瞬態電流對印刷線路產生的衝擊干擾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，印製線寬度在0.2mm到1.0mm之間。

2、採用tic-tac-toe的網格狀佈線結構。

具體方法是在PCB板的第一層水准佈線，在下一層垂直佈線。

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。

在高速DSP應用系統的各種設計中, 如何將一個完美的設計從理論轉變為現實取決於 高品質PCB 董事會. 如何提高訊號質量非常重要. 因此, 系統的效能是否良好與設計者PCB板的質量密不可分.