Από τον κόσμο των PCB, 19 Μαρτίου 2021

Όταν σχεδιάζουμε PCB, συναντάμε συχνά διάφορα προβλήματα, όπως αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης, κανόνες EMI, κ.λπ. Αυτό το άρθρο έχει συγκεντρώσει ορισμένες ερωτήσεις και απαντήσεις σχετικά με PCB υψηλής ταχύτητας για όλους και ελπίζω ότι θα είναι χρήσιμο σε όλους.

1. Πώς να εξετάσετε την αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης όταν σχεδιάζετε σχήματα σχεδιασμού PCB υψηλής ταχύτητας;
Κατά το σχεδιασμό κυκλωμάτων PCB υψηλής ταχύτητας, η αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης είναι ένα από τα στοιχεία σχεδιασμού.Η τιμή της σύνθετης αντίστασης έχει απόλυτη σχέση με τη μέθοδο καλωδίωσης, όπως περπάτημα στο επιφανειακό στρώμα (microstrip) ή στο εσωτερικό στρώμα (stripline/double stripline), απόσταση από το στρώμα αναφοράς (power layer ή ground layer), πλάτος καλωδίωσης, υλικό PCB , κλπ. Και τα δύο θα επηρεάσουν τη χαρακτηριστική τιμή αντίστασης του ίχνους.

Δηλαδή, η τιμή της σύνθετης αντίστασης μπορεί να προσδιοριστεί μόνο μετά την καλωδίωση.Γενικά, το λογισμικό προσομοίωσης δεν μπορεί να λάβει υπόψη ορισμένες συνθήκες ασυνεχούς καλωδίωσης λόγω του περιορισμού του μοντέλου κυκλώματος ή του μαθηματικού αλγορίθμου που χρησιμοποιείται.Αυτή τη στιγμή, μόνο ορισμένοι τερματιστές (τερματισμός), όπως η αντίσταση σειράς, μπορούν να δεσμευτούν στο σχηματικό διάγραμμα.Μετριάστε την επίδραση της ασυνέχειας στην αντίσταση ίχνους.Η πραγματική λύση στο πρόβλημα είναι να προσπαθήσετε να αποφύγετε τις ασυνέχειες της σύνθετης αντίστασης κατά την καλωδίωση.

2. Όταν υπάρχουν πολλά μπλοκ ψηφιακών/αναλογικών λειτουργιών σε μια πλακέτα PCB, η συμβατική μέθοδος είναι ο διαχωρισμός της ψηφιακής/αναλογικής γείωσης.Ποιός είναι ο λόγος?
Ο λόγος για τον διαχωρισμό της ψηφιακής/αναλογικής γείωσης είναι επειδή το ψηφιακό κύκλωμα θα δημιουργήσει θόρυβο στην ισχύ και στη γείωση κατά την εναλλαγή μεταξύ υψηλού και χαμηλού δυναμικού.Το μέγεθος του θορύβου σχετίζεται με την ταχύτητα του σήματος και το μέγεθος του ρεύματος.

Εάν το επίπεδο γείωσης δεν διαιρεθεί και ο θόρυβος που δημιουργείται από το κύκλωμα ψηφιακής περιοχής είναι μεγάλος και τα κυκλώματα αναλογικής περιοχής είναι πολύ κοντά, ακόμα κι αν τα σήματα ψηφιακού προς αναλογικό δεν διασταυρώνονται, το αναλογικό σήμα θα εξακολουθεί να παρεμβάλλεται από το έδαφος θόρυβος.Δηλαδή, η μη διαιρεμένη μέθοδος ψηφιακού σε αναλογικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο όταν η περιοχή του αναλογικού κυκλώματος απέχει πολύ από την περιοχή του ψηφιακού κυκλώματος που δημιουργεί μεγάλο θόρυβο.

3. Στο σχεδιασμό PCB υψηλής ταχύτητας, ποιες πτυχές πρέπει να λάβει ο σχεδιαστής τους κανόνες EMC και EMI;
Γενικά, ο σχεδιασμός EMI/EMC πρέπει να λαμβάνει υπόψη τόσο τις ακτινοβολούμενες όσο και τις αγωγές πτυχές ταυτόχρονα.Το πρώτο ανήκει στο τμήμα υψηλότερης συχνότητας (>30MHz) και το δεύτερο είναι το τμήμα χαμηλότερης συχνότητας (<30MHz).Δεν μπορείτε λοιπόν να δώσετε προσοχή στην υψηλή συχνότητα και να αγνοήσετε το κομμάτι της χαμηλής συχνότητας.

Ένας καλός σχεδιασμός EMI/EMC πρέπει να λαμβάνει υπόψη τη θέση της συσκευής, τη διάταξη της στοίβας PCB, τη σημαντική μέθοδο σύνδεσης, την επιλογή συσκευής κ.λπ. στην αρχή της διάταξης.Αν δεν υπάρξει καλύτερη διευθέτηση εκ των προτέρων, θα λυθεί μετά.Θα έχει διπλάσιο αποτέλεσμα με τη μισή προσπάθεια και θα αυξήσει το κόστος.

Για παράδειγμα, η θέση της γεννήτριας ρολογιού δεν πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στον εξωτερικό σύνδεσμο.Τα σήματα υψηλής ταχύτητας πρέπει να πηγαίνουν στο εσωτερικό στρώμα όσο το δυνατόν περισσότερο.Δώστε προσοχή στη χαρακτηριστική αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης και στη συνέχεια του στρώματος αναφοράς για να μειώσετε τις ανακλάσεις.Ο ρυθμός περιστροφής του σήματος που ωθείται από τη συσκευή πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερος για να μειωθεί το ύψος.Τα στοιχεία συχνότητας, όταν επιλέγετε πυκνωτές αποσύνδεσης/παράκαμψης, προσέξτε εάν η απόκριση συχνότητάς τους πληροί τις απαιτήσεις για τη μείωση του θορύβου στο επίπεδο ισχύος.

Επιπλέον, δώστε προσοχή στη διαδρομή επιστροφής του ρεύματος σήματος υψηλής συχνότητας για να κάνετε την περιοχή του βρόχου όσο το δυνατόν μικρότερη (δηλαδή την αντίσταση του βρόχου όσο το δυνατόν μικρότερη) για να μειώσετε την ακτινοβολία.Το έδαφος μπορεί επίσης να χωριστεί για τον έλεγχο του εύρους του θορύβου υψηλής συχνότητας.Τέλος, επιλέξτε σωστά τη γείωση του πλαισίου μεταξύ του PCB και του περιβλήματος.

4. Κατά την κατασκευή πλακών PCB, προκειμένου να μειωθούν οι παρεμβολές, πρέπει το καλώδιο γείωσης να σχηματίζει μια μορφή κλειστού αθροίσματος;
Κατά την κατασκευή πλακών PCB, η περιοχή βρόχου γενικά μειώνεται για να μειωθούν οι παρεμβολές.Κατά την τοποθέτηση της γραμμής εδάφους, δεν πρέπει να τοποθετείται σε κλειστή μορφή, αλλά είναι καλύτερο να το τοποθετήσετε σε σχήμα κλαδιού και η περιοχή του εδάφους πρέπει να αυξηθεί όσο το δυνατόν περισσότερο.

5. Πώς να προσαρμόσετε την τοπολογία δρομολόγησης για να βελτιώσετε την ακεραιότητα του σήματος;
Αυτό το είδος κατεύθυνσης σήματος δικτύου είναι πιο περίπλοκο, επειδή για μονοκατευθυντικά, αμφίδρομα σήματα και σήματα διαφορετικών επιπέδων, οι επιρροές της τοπολογίας είναι διαφορετικές και είναι δύσκολο να πούμε ποια τοπολογία είναι ευεργετική για την ποιότητα του σήματος.Και όταν κάνετε προ-προσομοίωση, ποια τοπολογία να χρησιμοποιήσετε είναι πολύ απαιτητική για τους μηχανικούς, που απαιτεί κατανόηση των αρχών του κυκλώματος, των τύπων σήματος, ακόμη και της δυσκολίας καλωδίωσης.

6. Πώς να αντιμετωπίσετε τη διάταξη και την καλωδίωση για να εξασφαλίσετε τη σταθερότητα των σημάτων πάνω από 100M;
Το κλειδί για την καλωδίωση ψηφιακού σήματος υψηλής ταχύτητας είναι να μειωθεί ο αντίκτυπος των γραμμών μετάδοσης στην ποιότητα του σήματος.Επομένως, η διάταξη των σημάτων υψηλής ταχύτητας άνω των 100M απαιτεί τα ίχνη σήματος να είναι όσο το δυνατόν συντομότερα.Στα ψηφιακά κυκλώματα, τα σήματα υψηλής ταχύτητας ορίζονται από τον χρόνο καθυστέρησης ανόδου του σήματος.

Επιπλέον, διαφορετικοί τύποι σημάτων (όπως TTL, GTL, LVTTL) έχουν διαφορετικές μεθόδους για να εξασφαλίσουν την ποιότητα του σήματος.