PCB科技 - 高速DSP系統PCB的可靠性設計

高速DSP系統中PCB板可靠性設計應注意的幾個問題.

1、電源設計

首先需要考慮的是 PCB設計 高速DSP系統的覈心是電源設計. 電源設計中, 以下方法通常用於解决信號完整性問題.

2、考慮電源和接地的去耦

隨著DSP工作頻率的新增，DSP和其他集成電路組件趨向於小型化和密集封裝。 通常，電路設計中會考慮多層板。 建議電源和接地都可以使用專用層，對於多個電源，例如，DSP輸入/輸出電源電壓不同於覈心電源電壓，可以使用兩個不同的電源層。 如果考慮多層板的處理成本，則專用層可用於更多佈線或相對關鍵的電源。 電源的佈線可以與訊號線相同，但線的寬度必須足够。

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。

3、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。

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10密耳，護送地線寬度應至少為20密耳。 孔與地面接觸良好，每隔5cm沖孔與地面連接； 時鐘發送側必須與22Î220Î）的阻尼電阻器串聯。 可以避免這些線路帶來的訊號雜訊造成的干擾。

軟硬體抗干擾設計

通常地, 高速DSP應用 系統PCB 單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, 如果沒有採取完善可靠的抗干擾措施, 一旦工作環境不理想, 電磁干擾會導致DSP程式流混亂. 當DSP的正常工作程式碼無法恢復時, 程式將運行或崩潰, 有些部件甚至可能損壞. 應注意採取相應的抗干擾措施.

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歸納為以下幾類：

（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、强電流設備、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。

（4）光電隔離：光電隔離器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。

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。

4、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：

5、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。

採用tic-tac-toe網路佈線結構。

具體方法是在第一層佈線 PCB印製板, 和下一層的垂直佈線.