از دنیای PCB، 19 مارس، 2021

هنگام انجام طراحی PCB اغلب با مشکلات مختلفی از جمله تطبیق امپدانس، قوانین EMI و ... مواجه می شویم. این مقاله چند سوال و پاسخ در رابطه با PCB های پرسرعت را برای همه جمع آوری کرده است و امیدوارم برای همه مفید باشد.

1. چگونه تطبیق امپدانس را هنگام طراحی شماتیک های طراحی PCB با سرعت بالا در نظر بگیریم؟
هنگام طراحی مدارهای PCB با سرعت بالا، تطبیق امپدانس یکی از عناصر طراحی است.مقدار امپدانس با روش سیم کشی رابطه مطلق دارد، مانند راه رفتن روی لایه سطحی (microstrip) یا لایه داخلی (stripline/double stripline)، فاصله از لایه مرجع (لایه قدرت یا لایه زمین)، عرض سیم کشی، مواد PCB. و غیره. هر دو مقدار امپدانس مشخصه ردیابی را تحت تأثیر قرار می دهند.

یعنی مقدار امپدانس را فقط پس از سیم کشی می توان تعیین کرد.به طور کلی، نرم افزار شبیه سازی نمی تواند برخی از شرایط سیم کشی ناپیوسته را به دلیل محدودیت مدل مدار یا الگوریتم ریاضی مورد استفاده در نظر بگیرد.در این زمان، فقط برخی از پایانه ها (پایان)، مانند مقاومت سری، می توانند در نمودار شماتیک رزرو شوند.کاهش اثر ناپیوستگی در امپدانس ردیابی.راه حل واقعی مشکل این است که از ناپیوستگی امپدانس در هنگام سیم کشی جلوگیری کنید.

2. هنگامی که چندین بلوک عملکرد دیجیتال/آنالوگ در یک برد PCB وجود دارد، روش مرسوم جداسازی زمین دیجیتال/آنالوگ است.دلیل ش چیه؟
دلیل جداسازی زمین دیجیتال/آنالوگ این است که مدار دیجیتال هنگام سوئیچ بین پتانسیل بالا و پایین، نویز در برق و زمین ایجاد می کند.بزرگی نویز به سرعت سیگنال و مقدار جریان مربوط می شود.

اگر صفحه زمین تقسیم نشده باشد و نویز ایجاد شده توسط مدار ناحیه دیجیتال زیاد باشد و مدارهای ناحیه آنالوگ بسیار نزدیک باشند، حتی اگر سیگنال های دیجیتال به آنالوگ از هم عبور نکنند، سیگنال آنالوگ همچنان توسط زمین تداخل خواهد داشت. سر و صدا.به عبارت دیگر، روش غیر تقسیم دیجیتال به آنالوگ تنها زمانی می تواند مورد استفاده قرار گیرد که ناحیه مدار آنالوگ از ناحیه مدار دیجیتالی که نویز زیادی ایجاد می کند دور باشد.

3. در طراحی PCB پرسرعت، طراح باید قوانین EMC و EMI را در نظر بگیرد؟
به طور کلی، طراحی EMI/EMC باید هر دو جنبه تابشی و هدایت شده را همزمان در نظر بگیرد.اولی متعلق به بخش فرکانس بالاتر (>30 مگاهرتز) و دومی قسمت فرکانس پایین تر (<30 مگاهرتز) است.بنابراین نمی توان فقط به فرکانس بالا توجه کرد و قسمت فرکانس پایین را نادیده گرفت.

یک طراحی خوب EMI/EMC باید محل قرارگیری دستگاه، چیدمان پشته PCB، روش اتصال مهم، انتخاب دستگاه و غیره را در ابتدای طرح در نظر بگیرد.اگر از قبل هماهنگی بهتری وجود نداشته باشد، بعداً حل می شود.با نصف زحمت دوبرابر نتیجه می گیرد و هزینه را افزایش می دهد.

به عنوان مثال، مکان ژنراتور ساعت نباید تا حد امکان به کانکتور خارجی نزدیک باشد.سیگنال های پرسرعت باید تا حد امکان به لایه داخلی بروند.برای کاهش انعکاس به تطابق امپدانس مشخصه و پیوستگی لایه مرجع توجه کنید.سرعت حرکت سیگنالی که توسط دستگاه رانده می شود باید تا حد امکان کوچک باشد تا ارتفاع کاهش یابد.اجزای فرکانس، هنگام انتخاب خازن های جداسازی/بای پس، به این توجه کنید که آیا پاسخ فرکانسی آن الزامات کاهش نویز در صفحه قدرت را برآورده می کند یا خیر.

علاوه بر این، به مسیر برگشت جریان سیگنال فرکانس بالا توجه کنید تا ناحیه حلقه تا حد امکان کوچک شود (یعنی امپدانس حلقه تا حد ممکن کوچکتر شود) تا تشعشع کاهش یابد.همچنین می توان زمین را برای کنترل محدوده نویز با فرکانس بالا تقسیم کرد.در نهایت، زمین شاسی بین PCB و محفظه را به درستی انتخاب کنید.

4. هنگام ساخت بردهای PCB برای کاهش تداخل، آیا سیم زمین باید فرم مجموع بسته را تشکیل دهد؟
هنگام ساخت بردهای PCB، به منظور کاهش تداخل، معمولاً سطح حلقه کاهش می یابد.هنگام گذاشتن خط زمین نباید به صورت بسته گذاشته شود، بلکه بهتر است آن را به شکل شاخه چیده و سطح زمین را تا حد امکان افزایش دهید.

5. چگونه توپولوژی مسیریابی را برای بهبود یکپارچگی سیگنال تنظیم کنیم؟
این نوع جهت سیگنال شبکه پیچیده تر است، زیرا برای سیگنال های یک طرفه، دو طرفه و سیگنال های سطوح مختلف، تأثیرات توپولوژی متفاوت است، و دشوار است که بگوییم کدام توپولوژی برای کیفیت سیگنال مفید است.و هنگام انجام پیش شبیه‌سازی، استفاده از کدام توپولوژی برای مهندسان بسیار سخت است و نیاز به درک اصول مدار، انواع سیگنال و حتی مشکل سیم‌کشی دارد.

6. چگونه با طرح و سیم کشی برای اطمینان از پایداری سیگنال های بالای 100M برخورد کنیم؟
کلید سیم کشی سیگنال دیجیتال با سرعت بالا، کاهش تاثیر خطوط انتقال بر کیفیت سیگنال است.بنابراین، چیدمان سیگنال های پرسرعت بالای 100M مستلزم این است که ردیابی سیگنال تا حد امکان کوتاه باشد.در مدارهای دیجیتال، سیگنال های پرسرعت با زمان تاخیر افزایش سیگنال تعریف می شوند.

علاوه بر این، انواع مختلف سیگنال ها (مانند TTL، GTL، LVTTL) روش های مختلفی برای اطمینان از کیفیت سیگنال دارند.