Aus PCB World, 19. März 2021
Beim PCB-Design stoßen wir häufig auf verschiedene Probleme, wie z. B. Impedanzanpassung, EMI-Regeln usw. In diesem Artikel wurden einige Fragen und Antworten zu Hochgeschwindigkeits-PCBs für jedermann zusammengestellt, und ich hoffe, dass er für alle hilfreich sein wird.
1. Wie ist die Impedanzanpassung beim Entwurf von Hochgeschwindigkeits-PCB-Designplänen zu berücksichtigen?
Beim Entwurf von Hochgeschwindigkeits-Leiterplattenschaltungen ist die Impedanzanpassung eines der Designelemente.Der Impedanzwert steht in einem absoluten Zusammenhang mit der Verdrahtungsmethode, z. B. dem Gehen auf der Oberflächenschicht (Mikrostreifenleitung) oder der Innenschicht (Streifenleitung/Doppelstreifenleitung), dem Abstand von der Referenzschicht (Leistungsschicht oder Erdungsschicht), der Verdrahtungsbreite und dem PCB-Material usw. Beide wirken sich auf den charakteristischen Impedanzwert der Leiterbahn aus.
Das heißt, der Impedanzwert kann erst nach der Verdrahtung ermittelt werden.Im Allgemeinen kann die Simulationssoftware aufgrund der Einschränkungen des Schaltungsmodells oder des verwendeten mathematischen Algorithmus einige diskontinuierliche Verdrahtungsbedingungen nicht berücksichtigen.Zu diesem Zeitpunkt können im Schaltplan nur einige Abschlusswiderstände (Abschlusswiderstand) reserviert werden, z. B. der Serienwiderstand.Mildern Sie den Effekt einer Diskontinuität in der Leiterbahnimpedanz.Die wirkliche Lösung des Problems besteht darin, zu versuchen, Impedanzdiskontinuitäten bei der Verkabelung zu vermeiden.
2. Wenn auf einer Leiterplatte mehrere digitale/analoge Funktionsblöcke vorhanden sind, besteht die herkömmliche Methode darin, die digitale/analoge Masse zu trennen.Was ist der Grund?
Der Grund für die Trennung der digitalen/analogen Masse liegt darin, dass die digitale Schaltung beim Umschalten zwischen hohem und niedrigem Potenzial Rauschen in der Stromversorgung und in der Masse erzeugt.Die Stärke des Rauschens hängt von der Geschwindigkeit des Signals und der Stärke des Stroms ab.
Wenn die Masseebene nicht geteilt ist und das von der digitalen Bereichsschaltung erzeugte Rauschen groß ist und die analogen Bereichsschaltungen sehr nahe beieinander liegen, wird das analoge Signal dennoch durch die Masse gestört, selbst wenn sich die Digital-Analog-Signale nicht kreuzen Lärm.Das heißt, die nicht geteilte Digital-Analog-Methode kann nur verwendet werden, wenn der analoge Schaltungsbereich weit von dem digitalen Schaltungsbereich entfernt ist, der großes Rauschen erzeugt.
3. Welche Aspekte sollte der Designer beim Hochgeschwindigkeits-PCB-Design berücksichtigen? EMV- und EMI-Regeln?
Im Allgemeinen müssen beim EMI/EMV-Design sowohl abgestrahlte als auch leitungsgebundene Aspekte gleichzeitig berücksichtigt werden.Ersteres gehört zum höherfrequenten Teil (>30 MHz) und letzteres zum niedrigerfrequenten Teil (<30 MHz).Sie können also nicht nur auf die hohe Frequenz achten und den niederfrequenten Teil ignorieren.
Ein gutes EMI/EMV-Design muss zu Beginn des Layouts den Standort des Geräts, die Anordnung des Leiterplattenstapels, die wichtige Verbindungsmethode, die Geräteauswahl usw. berücksichtigen.Wenn es vorher keine bessere Vereinbarung gibt, wird es im Nachhinein gelöst.Mit halbem Aufwand wird das doppelte Ergebnis erzielt und die Kosten steigen.
Beispielsweise sollte der Standort des Taktgenerators nicht so nah wie möglich am externen Anschluss liegen.Hochgeschwindigkeitssignale sollten so weit wie möglich zur inneren Schicht gelangen.Achten Sie auf die charakteristische Impedanzanpassung und die Kontinuität der Referenzschicht, um Reflexionen zu reduzieren.Die Anstiegsgeschwindigkeit des vom Gerät übertragenen Signals sollte so gering wie möglich sein, um die Höhe zu reduzieren.Achten Sie bei der Auswahl von Entkopplungs-/Bypass-Kondensatoren bei Frequenzkomponenten darauf, ob ihr Frequenzgang den Anforderungen zur Geräuschreduzierung auf der Leistungsebene entspricht.
Achten Sie außerdem auf den Rückweg des Hochfrequenzsignalstroms, um die Schleifenfläche so klein wie möglich zu machen (d. h. die Schleifenimpedanz so klein wie möglich), um die Strahlung zu reduzieren.Der Boden kann auch geteilt werden, um die Reichweite hochfrequenter Geräusche zu kontrollieren.Wählen Sie abschließend die Gehäuseerdung zwischen Leiterplatte und Gehäuse richtig aus.
4. Sollte das Erdungskabel bei der Herstellung von Leiterplatten eine geschlossene Summenform bilden, um Störungen zu reduzieren?
Bei der Herstellung von Leiterplatten wird in der Regel die Schleifenfläche verkleinert, um Störungen zu reduzieren.Bei der Verlegung der Erdleitung sollte diese nicht geschlossen verlegt werden, sondern besser in Astform angeordnet werden und die Bodenfläche möglichst vergrößert werden.
5. Wie kann die Routing-Topologie angepasst werden, um die Signalintegrität zu verbessern?
Diese Art der Netzwerksignalrichtung ist komplizierter, da bei unidirektionalen, bidirektionalen Signalen und Signalen unterschiedlicher Ebenen die Topologieeinflüsse unterschiedlich sind und es schwierig ist zu sagen, welche Topologie sich positiv auf die Signalqualität auswirkt.Und bei der Vorsimulation ist die Frage, welche Topologie verwendet werden soll, eine große Herausforderung für die Ingenieure und erfordert ein Verständnis der Schaltungsprinzipien, Signaltypen und sogar der Verkabelungsschwierigkeiten.
6. Wie ist mit Layout und Verkabelung umzugehen, um die Stabilität von Signalen über 100 M sicherzustellen?
Der Schlüssel zur digitalen Hochgeschwindigkeitssignalverkabelung liegt darin, den Einfluss von Übertragungsleitungen auf die Signalqualität zu reduzieren.Daher erfordert das Layout von Hochgeschwindigkeitssignalen über 100 M, dass die Signalspuren so kurz wie möglich sind.In digitalen Schaltkreisen werden Hochgeschwindigkeitssignale durch die Signalanstiegsverzögerungszeit definiert.
Darüber hinaus verfügen verschiedene Signaltypen (z. B. TTL, GTL, LVTTL) über unterschiedliche Methoden zur Gewährleistung der Signalqualität.