Công nghệ PCB - Tầm quan trọng và triển vọng tương lai của thiết kế PCB tốc độ cao

Thiết kế PCB tốc độ cao là gì? Thiết kế tốc độ cao đề cập cụ thể đến các hệ thống sử dụng tín hiệu kỹ thuật số tốc độ cao để truyền dữ liệu giữa các thành phần. Ranh giới giữa thiết kế kỹ thuật số tốc độ cao và bảng mạch đơn giản sử dụng các giao thức kỹ thuật số chậm hơn là mờ. Một thước đo chung được sử dụng để mô tả một hệ thống cụ thể là "tốc độ cao" là tốc độ cạnh (hoặc thời gian tăng) của tín hiệu kỹ thuật số được sử dụng trong hệ thống. Hầu hết các thiết kế kỹ thuật số sử dụng cả giao thức kỹ thuật số tốc độ cao (tốc độ cạnh nhanh) và tốc độ thấp (tốc độ cạnh chậm). Trong thời đại điện toán nhúng và IoT ngày nay, hầu hết các bo mạch tốc độ cao đều có mặt trước tần số vô tuyến cho truyền thông và mạng không dây.

Lập kế hoạch ngăn xếp PCB tốc độ cao và trở kháng của bạn

Ngăn xếp PCB bạn tạo cho bo mạch tốc độ cao sẽ xác định trở kháng cũng như độ khó của dây. Tất cả các ngăn xếp PCB bao gồm một tập hợp các lớp dành riêng cho tín hiệu tốc độ cao, nguồn điện và mặt phẳng nối đất. Có một số điều cần xem xét khi phân bổ các lớp trong ngăn xếp:

Kích thước bảng và số lượng mạng: Làm thế nào lớn là một bảng và bao nhiêu mạng là cần thiết để định tuyến trong bố trí PCB. Các bảng mạch lớn hơn về mặt vật lý có thể có đủ không gian cho phép bạn định tuyến mạng của mình trong toàn bộ bố cục PCB mà không cần sử dụng nhiều lớp tín hiệu.

Mật độ dây: Do số lượng mạng lớn và kích thước bảng mạch bị hạn chế trong một khu vực nhỏ, không gian dây xung quanh lớp bề mặt có thể không lớn. Vì vậy, khi căn chỉnh chặt chẽ hơn, bạn sẽ cần nhiều lớp tín hiệu bên trong hơn. Sử dụng kích thước tấm nhỏ hơn có thể buộc mật độ dây cao hơn.

Số lượng giao diện: Đôi khi nó là một chiến lược tốt để chỉ kết nối một hoặc hai giao diện mỗi lớp, tùy thuộc vào chiều rộng bus (song song và song song) và kích thước bảng. Đối với các giao diện kỹ thuật số tốc độ cao, giữ tất cả các tín hiệu trong cùng một lớp đảm bảo rằng tất cả các tín hiệu có thể nhìn thấy trở kháng và độ lệch nhất quán.

Tín hiệu tốc độ thấp và RF: Bạn sẽ có bất kỳ tín hiệu kỹ thuật số hoặc RF tốc độ thấp nào trong thiết kế kỹ thuật số của mình không? Nếu vậy, chúng có thể chiếm không gian bề mặt có sẵn cho xe buýt tốc độ cao hoặc các thành phần và có thể yêu cầu thêm các lớp bên trong.

Tính toàn vẹn nguồn điện: Một trong những nền tảng của tính toàn vẹn nguồn điện là sử dụng các mặt phẳng nguồn điện lớn và các tầng cho mỗi mức điện áp cần thiết cho các mạch tích hợp lớn. Chúng nên được đặt trên các lớp liền kề để giúp đảm bảo rằng có một tụ điện phẳng cao để hỗ trợ công suất ổn định của tụ điện tách rời.

Hướng dẫn thiết kế cáp PCB tốc độ cao

1. Định tuyến cơ bản và chiến lược

Phương pháp định tuyến: bao gồm định tuyến một mặt, hai mặt và nhiều lớp, cũng như định tuyến tự động và tương tác. Hệ thống dây điện tương tác phù hợp với các đường dây đòi hỏi khắt khe và hệ thống dây điện tự động có thể được xử lý trước các bộ phận quan trọng để tránh nhiễu phản xạ do các đường song song gây ra.

Tối ưu hóa hệ thống cáp: Hiệu quả của hệ thống cáp tự động phụ thuộc vào cách bố trí tốt và các quy tắc đặt trước, chẳng hạn như số lượng đường cong, số lượng lỗ thông qua, v.v. Đầu tiên, thực hiện hệ thống cáp kết nối nhanh và ngắn, sau đó tối ưu hóa đường dẫn trên toàn cầu.

2. Cung cấp điện và xử lý đất

Tụ điện tách rời: được thêm vào giữa nguồn điện và mặt đất để giảm tiếng ồn.

Thiết kế chiều rộng đường dây: Dây đất>Dây nguồn>Dây tín hiệu, chiều rộng đường tín hiệu đề nghị là 0,2-0,3mm, chiều rộng đường dây điện là 1,2-2,5mm.

Lớp đồng lớn: Sử dụng không gian không sử dụng làm dây nối đất hoặc tách lớp điện và lớp nối trong bảng nhiều lớp.

3. Xử lý mặt đất phổ biến cho các mạch kỹ thuật số và analog

Isolation: Tách mặt đất bên trong của mạch kỹ thuật số và analog, chỉ hơi ngắn mạch ở giao diện bên ngoài bảng để giảm nhiễu.

Bố trí: Tín hiệu tần số cao tránh xa các yếu tố tương tự nhạy cảm, đảm bảo đường dẫn tín hiệu ngắn nhất, đường vào và đầu ra được tách biệt.

4. Đường tín hiệu và lựa chọn lớp

Hệ thống dây tầng cấp điện (mặt đất): Khi nguồn lực của lớp tín hiệu bị hạn chế, hãy xem xét hệ thống dây tại nguồn hoặc hệ thống, ưu tiên duy trì tính toàn vẹn của hệ thống.

5. kết nối dây khu vực lớn

Cách ly nhiệt: Chân phần tử và kết nối bề mặt đồng diện tích lớn sử dụng một miếng đệm hình chữ thập để giảm nguy cơ hàn giả.

6. Hệ thống mạng và thiết kế lưới

Mật độ lưới: Cân bằng lượng dữ liệu và đường dẫn định tuyến và tránh đường dẫn không hợp lệ dựa trên cài đặt 0,1 inch hoặc số nguyên của nó.

7. Kiểm tra quy tắc thiết kế (DRC)

Đánh giá toàn diện: Đảm bảo rằng khoảng cách dây, chiều rộng nguồn/mặt đất, xử lý tín hiệu quan trọng, nối đất độc lập, tránh ngắn mạch, v.v.

8. Thận trọng đặc biệt

Nút tốc độ cao: Hệ thống dây đồng hồ cần xem xét độ trễ và sử dụng thiết bị đầu cuối để tối ưu hóa SI.

Lựa chọn kỹ thuật: Kỹ thuật lái xe phải phù hợp với yêu cầu nhiệm vụ, xem xét thời gian tăng và khả năng chịu tiếng ồn.

Mô phỏng trước khi cáp: Xác định phạm vi tham số và kết quả mô phỏng hướng dẫn các ràng buộc cáp.

Mô phỏng sau khi dây: Kiểm tra các vấn đề SI và thời gian, điều chỉnh kịp thời.

Lựa chọn mô hình và xu hướng tương lai: Nhấn mạnh độ chính xác của mô hình, theo đuổi các công cụ tự động hóa để đơn giản hóa thiết kế SI và tập trung vào các công nghệ mới.

Thiết kế cáp PCB tốc độ cao đòi hỏi phải lập kế hoạch cẩn thận và mỗi bước từ việc cung cấp năng lượng và xử lý mặt đất đến cách ly mạch kỹ thuật số và tương tự để lựa chọn chiến lược cáp đòi hỏi phải tuân theo các quy tắc nghiêm ngặt và sự hỗ trợ của các công cụ CAD.

Đảm bảo rằng thiết kế cuối cùng không chỉ đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất điện mà còn có khả năng sản xuất tốt thông qua xác minh mô phỏng liên tục và kiểm tra quy tắc.

Trở kháng căn chỉnh là một yếu tố quan trọng của thiết kế PCB tốc độ cao, với sự phức tạp của hệ thống điện tử, nguy cơ trở kháng cũng đang tăng lên, các kỹ sư cần phải làm tốt công việc để đảm bảo tính cạnh tranh của thiết kế trở kháng sản phẩm, và một trong những nguồn trở kháng là căn chỉnh, nói về làm thế nào để làm tốt thiết kế trở kháng căn chỉnh, giảm tác động của nó.

Nói chung, trở kháng căn chỉnh phổ biến có thể được chia thành 50 ohms đơn và 100 ohms khác biệt, và tất nhiên, ngày càng có nhiều loại trở kháng như 27 ohms, 33 ohms, 75 ohms, 120 ohms (diff), v.v., nhưng hiện tại chủ yếu là 50 ohms và 100 ohms.

Nhiều trở kháng đơn và khác biệt có thể tồn tại đồng thời trong cùng một thiết kế, đòi hỏi phải sử dụng các chiều rộng căn chỉnh khác nhau.

Thiết kế PCB tốc độ cao đóng một vai trò quan trọng trong các thiết bị điện tử hiện đại, với mục tiêu cốt lõi là tối ưu hóa việc truyền tín hiệu và đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu. Khi công nghệ tiếp tục phát triển, các hệ thống điện tử ngày càng phức tạp và tích hợp, làm cho thiết kế trở kháng trở nên quan trọng hơn. Các kỹ sư phải tập trung vào điều khiển trở kháng căn chỉnh để giảm thiểu độ trễ tín hiệu, biến dạng và nhiễu để đảm bảo hiệu suất và khả năng cạnh tranh của sản phẩm.

Hiệu suất điện của pcb tốc độ cao có thể được cải thiện một cách hiệu quả bằng cách xếp chồng pcb chính xác, xử lý nguồn và mặt đất, bố trí đường tín hiệu và kiểm tra quy tắc thiết kế nghiêm ngặt. Ngoài ra, xác minh mô phỏng và lựa chọn mô hình sẽ đóng một vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế để đảm bảo thiết kế cuối cùng đáp ứng các yêu cầu sản xuất. Trong tương lai, với sự phát triển của các công cụ tự động hóa và sự ra đời của các công nghệ mới, thiết kế PCB tốc độ cao sẽ hướng tới độ chính xác và hiệu quả cao hơn, mở đường cho các thiết bị điện tử thông minh và hiệu suất cao.