Thông tin PCB - Một công nghệ thiết kế chống nhiễu DSP PCB tốc độ cao

Trong ứng dụng bảng mạch in, gói BGA có các tính năng của tỷ lệ thành công cao, tỷ lệ sửa chữa thấp và độ tin cậy cao, và ngày càng được sử dụng rộng rãi. Điều đó nói rằng, thiết kế cấp bảng liên quan đến nhiều công nghệ thiết kế mạch kỹ thuật số tốc độ cao. Trong các hệ thống tốc độ cao, việc tạo nhiễu tiếng ồn là yếu tố ảnh hưởng, các mạch tần số cao cũng tạo ra bức xạ và va chạm, trong khi tốc độ cạnh nhanh hơn tạo ra chuông, phản xạ và nhiễu xuyên âm. Nếu không tính đến bố cục tín hiệu tốc độ cao và đặc thù của hệ thống dây điện, bảng mạch được thiết kế sẽ không hoạt động tốt. Do đó, thiết kế thành công của bảng mạch PCB là một liên kết rất quan trọng trong quá trình thiết kế mạch DSP.

1. Hiệu ứng đường truyền 1.1 Tính toàn vẹn tín hiệu Tính toàn vẹn tín hiệu chủ yếu bao gồm phản xạ, rung chuông, bật lại mặt đất và nhiễu xuyên âm. Dấu vết trên PCB có thể tương đương với cấu trúc nối tiếp và song song của tụ điện, điện trở và cuộn cảm được hiển thị trong Hình 1. Giá trị điển hình của điện trở song song là 0,25D./R-4).55DJft và điện trở song song thường cao. Sau khi điện trở ký sinh, điện dung và cảm ứng được thêm vào kết nối PCB thực tế, trở kháng cuối cùng trên kết nối được gọi là trở kháng đặc trưng zo. Nếu trở kháng của đường truyền và đầu nhận không phù hợp, điều này có thể dẫn đến phản xạ và dao động của tín hiệu. Các mạch tương đương của dấu vết PCB: thay đổi hình học của dây dẫn, đầu dây sai, truyền qua đầu nối và gián đoạn trong mặt phẳng nguồn đều có thể gây ra phản xạ. Khi tín hiệu thay đổi dọc theo mức tăng và giảm, nó tạo ra một cú hích và cú hích ngay lập tức trên hoặc dưới mức ổn định, có thể dễ dàng làm hỏng thiết bị. Chuông và chuông của tín hiệu lần lượt được gây ra bởi điện cảm và điện dung không phù hợp trên đường dây. Việc đổ chuông có thể được giảm thiểu bằng cách chấm dứt thích hợp. Khi một sự gia tăng dòng điện lớn xảy ra trong mạch, nó gây ra một sự phục hồi mặt đất. Nếu một dòng điện thoáng qua lớn chảy qua mặt phẳng nguồn của chip và bảng mạch, cảm ứng ký sinh và điện trở giữa gói chip và mặt phẳng nguồn sẽ gây ra tiếng ồn nguồn. Crosstalk là một vấn đề ghép nối giữa hai đường tín hiệu, và sự tương cảm và điện dung giữa các đường tín hiệu gây ra tiếng ồn trên đường dây. Khớp nối điện dung cảm ứng dòng điện ghép nối, trong khi khớp nối điện cảm cảm ứng điện áp ghép nối. Các thông số của lớp PCB, khoảng cách giữa các đường tín hiệu, các đặc tính điện của đầu truyền động và đầu nhận và phương pháp kết nối dây dẫn đều có ảnh hưởng nhất định đến nhiễu xuyên âm.

Giải pháp 1.2 Một số hành động cần thực hiện để giải quyết các vấn đề phổ biến: mặt phẳng nguồn không giới hạn hướng của dòng điện và đường hồi lưu có thể đi theo đường trở kháng, tức là gần đường tín hiệu. Điều này có thể tạo ra một vòng lặp hiện tại, đó sẽ là nơi các hệ thống tốc độ cao đang hướng tới. Tuy nhiên, lớp điện không loại bỏ sự lộn xộn đường dây và tất cả các hệ thống tạo ra tiếng ồn và gây ra lỗi nếu không chú ý đến đường phân phối. Do đó, một bộ lọc đặc biệt được thực hiện thông qua tụ điện bỏ qua là cần thiết. Thông thường, các tụ điện từ 1 đến 1Op.F được đặt ở đầu vào nguồn của bảng và các tụ điện từ 0,01 đến U0,1 được đặt giữa các chân nguồn và chân đất của mỗi thiết bị hoạt động trên bảng. Một tụ điện bỏ qua hoạt động như một bộ lọc. Các thùng chứa điện lớn (10aF) được đặt ở đầu vào nguồn để lọc tiếng ồn tần số thấp (60Hz) được tạo ra bên ngoài tấm. Tiếng ồn được tạo ra bởi các thành phần hoạt động trên bảng sẽ đạt 100 MHz hoặc cao hơn. Để tạo ra sóng hài, các tụ điện bỏ qua được đặt giữa mỗi chip thường nhỏ hơn nhiều so với các tụ điện được đặt ở đầu vào nguồn trên bảng. Theo nguyên tắc chung, nếu thiết kế là hỗn hợp analog và kỹ thuật số, bảng mạch PCB được chia thành các phần analog và kỹ thuật số, thiết bị analog được đặt trong phần analog, thiết bị kỹ thuật số được đặt trong phần kỹ thuật số và bộ chuyển đổi A/D được đặt trong toàn bộ khu vực. Tín hiệu tương tự và tín hiệu kỹ thuật số được định tuyến trong các khu vực tương ứng của chúng để đảm bảo rằng dòng điện trở lại của tín hiệu kỹ thuật số không chảy vào địa điểm của tín hiệu tương tự. Bỏ qua và tách rời được thiết kế để ngăn năng lượng chuyển từ mạch này sang mạch khác. Cần chú ý đến ba khu vực mạch của lớp điện, lớp dưới cùng, cụm và kết nối nguồn điện bên trong. Cố gắng mở rộng chiều rộng của nguồn điện và dây nối đất. Dây nối đất rộng hơn dây nguồn. "-'0.7mm, 1.2"-'2.5'Lrfl cho dây nguồn. Sử dụng một khu vực rộng lớn của các lớp đồng làm dây nối đất và những nơi không được sử dụng trên bảng in làm dây nối đất. Hoặc làm thành nhiều tầng, nguồn điện, đường dây ngầm mỗi tầng chiếm một tầng. Cấu hình một tụ gốm 0,01 lõi cho mỗi chip IC. Nếu không gian của bảng mạch in quá nhỏ để chứa, tụ điện điện phân tantali 1-10 lõi có thể được cấu hình cho mỗi 4-10 chip. Thiết bị này có trở kháng tần số cao đặc biệt nhỏ và trở kháng nằm trong khoảng 500kI-Iz-20MHz. Nhỏ hơn lQ, rò rỉ hiện tại là nhỏ (dưới O.5LlA). Tụ lọc tách rời phải được lắp đặt gần mạch tích hợp và cố gắng làm cho tụ điện dẫn ngắn, diện tích mạch hiện tại thoáng qua nhỏ, đặc biệt là tụ điện bỏ qua tần số cao không thể có dây dẫn. Khi hệ thống hoạt động ở 50MHz, các vấn đề về hiệu ứng đường truyền và tính toàn vẹn của tín hiệu phát sinh và các biện pháp truyền thống có thể được sử dụng để đạt được kết quả thỏa đáng; Khi đồng hồ hệ thống đạt 120 MHz, cần xem xét sử dụng kiến thức thiết kế mạch tốc độ cao. Nếu không, bảng mạch PCB được thiết kế dựa trên các phương pháp truyền thống sẽ không hoạt động đúng. Do đó, thiết kế mạch PCB tốc độ cao đã trở thành một kỹ thuật thiết kế mà các nhà thiết kế hệ thống điện tử phải nắm vững. Công nghệ thiết kế mạch tín hiệu tốc độ cao PCB Board 2.1 Cáp tín hiệu tốc độ cao Sử dụng bảng nhiều lớp cho cáp tín hiệu tốc độ cao không chỉ là điều kiện cần thiết cho cáp, mà còn là phương tiện hiệu quả để giảm nhiễu. Để lựa chọn số lớp hợp lý, giảm kích thước của tấm in, sử dụng đầy đủ lớp giữa để thiết lập lá chắn, để đạt được gần mặt đất, có thể làm giảm hiệu quả cảm ký sinh, rút ngắn chiều dài truyền tín hiệu, giảm nhiễu chéo giữa các tín hiệu, v.v. Tất cả những điều này rất quan trọng đối với các mạch tốc độ cao. Độ tin cậy của công việc là có lợi. Theo một số dữ liệu, tại Hội nghị trao đổi học thuật quốc gia lần thứ 248 về điện tử chống bức xạ và EMP, khi sử dụng cùng một vật liệu, tiếng ồn của bảng bốn lớp thấp hơn 20dB so với bảng hai lớp. Càng ít dây dẫn uốn cong càng tốt. Nó sử dụng một đường thẳng hoàn chỉnh và yêu cầu rẽ. Nó có thể được quay thông qua một đường chấm 45 độ hoặc vòng cung, có thể làm giảm phát xạ bên ngoài và khớp nối với nhau của tín hiệu tốc độ cao, giảm bức xạ và phản xạ của tín hiệu. Dây dẫn giữa các chân của thiết bị mạch tốc độ cao phải càng ngắn càng tốt. Dây dẫn càng dài, điện cảm phân phối và điện dung phân phối càng lớn, điều này sẽ gây ra phản xạ và dao động trong hệ thống mạch tốc độ cao. Càng ít lớp chì luân phiên giữa các chân của thiết bị mạch tốc độ cao thì càng tốt, nghĩa là càng ít lỗ được sử dụng trong quá trình kết nối thành phần thì càng tốt. Theo các phép đo, thông qua lỗ có thể mang lại điện dung phân phối khoảng 0,5 pF, dẫn đến sự gia tăng đáng kể độ trễ trong mạch. Trong hệ thống dây điện mạch tốc độ cao, cần chú ý đến "nhiễu chéo" được giới thiệu gần đó bởi hệ thống dây song song của đường tín hiệu. Nếu không thể tránh được sự phân bố song song, một khu vực rộng lớn của "mặt đất" có thể được bố trí đối diện với các đường tín hiệu song song để giảm nhiễu. Trên hai lớp liền kề, hướng của dấu vết phải vuông góc với nhau. Đối với các đường tín hiệu đặc biệt quan trọng hoặc các đơn vị cục bộ, hãy thực hiện các biện pháp bao quanh đường nối đất. Các đường nối đất bảo vệ có thể được thêm vào ngoại vi, trong khi các dấu vết tín hiệu như tín hiệu đồng hồ và tín hiệu tương tự tốc độ cao không dễ bị nhiễu và các đường tín hiệu được bảo vệ có thể được kẹp ở giữa. Các dấu vết tín hiệu khác nhau không thể tạo thành vòng lặp, các đường đất không thể tạo thành vòng lặp hiện tại.