Công nghệ PCB - Làm thế nào để đảm bảo chất lượng thiết kế PCB DSP

Khi tích hợp chip được cải thiện, số lượng chân chip cũng tăng lên và gói thiết bị thay đổi liên tục, từ DIP đến OSOP, SOP đến PQFP và PQFP đến BGA. Dòng thiết bị TMS320C6000 sử dụng gói BGA. Khi nói đến các ứng dụng mạch, gói BGA được đặc trưng bởi tỷ lệ thành công cao, tỷ lệ sửa chữa thấp và độ tin cậy cao. Nó ngày càng được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, nó đang được phát triển vì gói BGA thuộc gói chip mảng bóng. Việc thực hiện vật lý của hệ thống, tức là thiết kế cấp bảng liên quan đến nhiều kỹ thuật 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 đầu tiên. Các mạch PCB 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 được thiết kế sẽ không hoạt động đúng. Do đó, sự thành công của thiết kế bảng mạch PCB là một liên kết rất quan trọng trong quá trình thiết kế mạch DSP.

Do đó, chất lượng thiết kế của bảng PCB là rất quan trọng. Đó là cách duy nhất để biến ý tưởng thiết kế tối ưu hóa thành hiện thực. Một số vấn đề cần lưu ý về thiết kế độ tin cậy của bảng mạch PCB trong các hệ thống DSP tốc độ cao được thảo luận dưới đây.

1. Thiết kế nguồn điện

Trong thiết kế bảng mạch PCB của hệ thống DSP tốc độ cao, điều đầu tiên cần xem xét là thiết kế nguồn điện. Trong thiết kế nguồn điện, các phương pháp sau đây thường được sử dụng để giải quyết vấn đề toàn vẹn tín hiệu.

1. Xem xét tách nguồn điện và nối đất

Cho dù bảng mạch có một tầng nối và nguồn điện chuyên dụng hay không, một lượng điện dung nhất định và phân phối hợp lý phải được thêm vào giữa nguồn điện và mặt đất. Để tiết kiệm không gian và giảm số lượng lỗ thông qua, nên sử dụng nhiều tụ điện chip hơn. tụ vá có thể được đặt ở mặt sau của bảng PCB, đó là bề mặt hàn. Các tụ điện chip được kết nối với các lỗ thông qua một dây rộng và thông qua các lỗ thông qua để cung cấp năng lượng và mặt đất.

2. Xem xét các quy tắc dây điện cho phân phối điện

Độc lập Analog và Digital Power Plane

Các yếu tố tương tự tốc độ cao và độ chính xác cao nhạy cảm với tín hiệu kỹ thuật số. Ví dụ, một bộ khuếch đại khuếch đại tiếng ồn chuyển đổi để nó gần với tín hiệu xung, vì vậy các phần tương tự và kỹ thuật số của tấm, các lớp công suất thường cần phải được tách ra.

3. Cách ly tín hiệu nhạy cảm

Một số tín hiệu nhạy cảm (như đồng hồ tần số cao) đặc biệt nhạy cảm với nhiễu tiếng ồn và các biện pháp cách ly mức cao phải được thực hiện đối với chúng. Đồng hồ tần số cao (đồng hồ trên 20 MHz, hoặc đồng hồ có thời gian lật dưới 5 ns) phải được bảo vệ dây mặt đất với chiều rộng dây đồng hồ ít nhất 10 triệu và chiều rộng dây mặt đất được bảo vệ ít nhất 20 triệu. Các lỗ tiếp xúc tốt với mặt đất, và mỗi 5 cm đục lỗ được kết nối với mặt đất; Một điện trở giảm xóc đảo 22-220 phải được gửi song song ở phía bên của đồng hồ. Có thể tránh nhiễu do tiếng ồn tín hiệu do các đường dây này gây ra.

2. Thiết kế chống nhiễu cho phần mềm và phần cứng

Thông thường, bảng mạch PCB hệ thống ứng dụng DSP tốc độ cao được thiết kế bởi người dùng theo yêu cầu cụ thể của hệ thống. Do khả năng thiết kế và điều kiện phòng thí nghiệm hạn chế, nếu các biện pháp chống nhiễu hoàn hảo và đáng tin cậy không được thực hiện, nhiễu điện từ sẽ xảy ra khi môi trường làm việc không lý tưởng, dẫn đến rối loạn quy trình chương trình DSP. Khi mã hoạt động bình thường của DSP không thể phục hồi, chương trình có thể mất kiểm soát hoặc sụp đổ và thậm chí có thể làm hỏng một số thành phần. Cần chú ý đến các biện pháp chống nhiễu tương ứng.

1. Thiết kế chống nhiễu phần cứng

Phần cứng có hiệu quả chống nhiễu cao. Ưu tiên thiết kế chống nhiễu phần cứng khi độ phức tạp, chi phí và khối lượng của hệ thống có thể chịu được. Công nghệ chống nhiễu phần cứng thường được sử dụng có thể được tóm tắt trong các loại sau:

(1) Bộ lọc phần cứng: Bộ lọc RC có thể làm suy yếu đáng kể các tín hiệu nhiễu tần số cao khác nhau. Ví dụ, sự can thiệp của "burr" có thể bị ức chế.

(2) nối đất hợp lý: thiết kế hợp lý hệ thống nối đất, đối với hệ thống mạch kỹ thuật số và tương tự tốc độ cao, nó là rất quan trọng để có trở kháng thấp, hình thành diện tích lớn. Sự hình thành không chỉ có thể cung cấp đường dẫn trở kháng thấp cho dòng điện tần số cao, mà còn làm cho EMI và RFI nhỏ hơn, mà còn che chắn cho nhiễu bên ngoài. Trong quá trình thiết kế PCB, mặt đất analog được tách ra khỏi mặt đất kỹ thuật số.

(3) Các biện pháp che chắn: Nguồn AC, nguồn tần số cao, thiết bị hiện tại mạnh và tia lửa điện được tạo ra bởi hồ quang sẽ tạo ra sóng điện từ và trở thành nguồn gây nhiễu điện từ. Các thiết bị trên có thể được bao quanh và nối đất bằng vỏ kim loại. Điều này rất hiệu quả đối với sự can thiệp của lá chắn do cảm ứng điện từ.

(4) Cách ly quang điện: Bộ cách ly quang điện có thể tránh hiệu quả sự can thiệp lẫn nhau giữa các bảng mạch khác nhau. Bộ cách ly quang điện tốc độ cao thường được sử dụng trong giao diện DSP với các thiết bị khác như cảm biến, công tắc, v.v.

2. Thiết kế chống nhiễu phần mềm

Phần mềm chống nhiễu có ưu điểm là phần cứng chống nhiễu không thể thay thế. Trong các hệ thống ứng dụng DSP, khả năng chống nhiễu của phần mềm cũng cần được khai thác đầy đủ để giảm thiểu tác động của nhiễu. Một số phương pháp chống nhiễu phần mềm hiệu quả được đưa ra dưới đây.

(1) Bộ lọc kỹ thuật số: nhiễu của tín hiệu đầu vào tương tự có thể được loại bỏ bằng bộ lọc kỹ thuật số. Các kỹ thuật lọc kỹ thuật số thường được sử dụng bao gồm: lọc trung bình, lọc trung bình số học, v.v.

(2) Đặt bẫy: Đặt một đoạn của trình khởi động trong khu vực chương trình không sử dụng. Khi chương trình nhảy vào khu vực này do nhiễu, trình khởi động buộc chương trình bị bắt đến địa chỉ được chỉ định và sử dụng một chương trình đặc biệt để sửa lỗi chương trình ở đó. Thỏa thuận.

(3) Dự phòng hướng dẫn: Việc chèn hai hoặc ba byte NOP của hướng dẫn không hoạt động sau hướng dẫn hai hoặc ba byte và hướng dẫn ba byte có thể ngăn chương trình tự động đi vào đúng đường ray khi hệ thống DSP bị nhiễu do chương trình mất kiểm soát.

(4) Thiết lập thời gian Watch Dog: Nếu một chương trình mất kiểm soát đi vào "vòng lặp vô tận", công nghệ Watch Dog thường được sử dụng để đưa chương trình ra khỏi "vòng lặp vô tận". Nguyên tắc là sử dụng một bộ đếm thời gian tạo ra các xung dựa trên một chu kỳ đã đặt. Nếu bạn không muốn tạo xung này, DSP nên xóa bộ hẹn giờ trong thời gian ít hơn chu kỳ đã đặt; Nhưng khi chương trình DSP chạy, nó không. Bộ đếm thời gian sẽ được xóa khi cần thiết và xung được tạo ra bởi bộ đếm thời gian sẽ được sử dụng làm tín hiệu đặt lại DSP để đặt lại và khởi tạo DSP một lần nữa.

III. Thiết kế tương thích điện từ

Khả năng tương thích điện từ đề cập đến khả năng của các thiết bị điện tử hoạt động tốt trong môi trường điện từ phức tạp. Mục đích của thiết kế tương thích điện từ là cho phép các thiết bị điện tử ức chế các loại nhiễu bên ngoài, đồng thời giảm nhiễu điện từ từ các thiết bị điện tử khác. Trong bảng mạch PCB thực tế, hiện tượng nhiễu điện từ ít nhiều tồn tại, đó là nhiễu xuyên âm giữa các tín hiệu lân cận. Kích thước của nhiễu xuyên âm có liên quan đến điện dung phân phối và điện cảm phân phối giữa các vòng lặp. Các biện pháp sau đây có thể được thực hiện để giải quyết nhiễu điện từ lẫn nhau này giữa các tín hiệu:

1. Chọn chiều rộng đường hợp lý

Sự xáo trộn tác động của dòng điện thoáng qua đối với dòng in chủ yếu là do cảm ứng của dòng in tỷ lệ thuận với chiều dài của dòng in và tỷ lệ nghịch với chiều rộng. Do đó, việc sử dụng dây ngắn và rộng có lợi cho việc ngăn chặn nhiễu. Các đường tín hiệu của đồng hồ dẫn và trình điều khiển xe buýt thường có dòng điện thoáng qua lớn và dòng in của chúng nên ngắn nhất có thể. Đối với mạch linh kiện tách, chiều rộng đường in khoảng 1,5mm để đáp ứng yêu cầu; Đối với mạch tích hợp, chiều rộng dòng in là từ 0,2mm đến 1,0mm.

2. Áp dụng cấu trúc dây lưới chữ giếng.

Phương pháp cụ thể là định tuyến theo chiều ngang ở lớp đầu tiên của bảng PCB và theo chiều dọc ở lớp tiếp theo.

IV. Thiết kế tản nhiệt

Để tạo điều kiện tản nhiệt, bảng in tốt nhất nên được cài đặt riêng và khoảng cách giữa các bảng phải lớn hơn 2 cm. Bên cạnh đó, phải chú ý quy luật bố cục của các linh kiện trên bảng in. Theo hướng ngang, các thiết bị công suất cao được bố trí càng gần các cạnh của bảng in càng tốt để rút ngắn đường truyền nhiệt; Theo chiều dọc, các thiết bị công suất cao được đặt càng gần đỉnh của bảng in càng tốt, do đó làm giảm tác động của chúng lên nhiệt độ của các thành phần khác. Các bộ phận nhạy cảm hơn với nhiệt độ nên được đặt càng nhiều càng tốt ở những khu vực có nhiệt độ tương đối thấp và không nên đặt trực tiếp trên thiết bị tạo ra nhiều nhiệt.

Trong các thiết kế khác nhau của hệ thống ứng dụng DSP tốc độ cao, làm thế nào để chuyển đổi thiết kế hoàn hảo từ lý thuyết sang thực tế phụ thuộc vào bảng mạch PCB chất lượng cao. Làm thế nào để cải thiện chất lượng của tín hiệu là rất quan trọng. Do đó, hiệu suất của hệ thống là không thể tách rời với chất lượng của bảng mạch PCB của nhà thiết kế.