Da PCB World, 19 marzo 2021
Quando facciamo il design del PCB, incontriamo spesso vari problemi, come la corrispondenza dell'impedenza, le regole EMI, ecc. Questo articolo ha compilato alcune domande e risposte relative a PCB ad alta velocità per tutti, e spero che sarà utile a tutti.
1. Come considerare la corrispondenza dell'impedenza durante la progettazione di schemi di progettazione PCB ad alta velocità?
Quando si progettano circuiti PCB ad alta velocità, la corrispondenza dell'impedenza è uno degli elementi di progettazione. Il valore di impedenza ha una relazione assoluta con il metodo di cablaggio, come camminare sullo strato superficiale (microstrip) o strato interno (stripline/doppia stripline), distanza dal livello di riferimento (strato di potenza o strato di terra), larghezza del cablaggio, materiale PCB, ecc. Entrambi influenzeranno entrambi il valore di impedenza caratteristica della trace.
Vale a dire, il valore dell'impedenza può essere determinato solo dopo il cablaggio. In generale, il software di simulazione non può tenere conto di alcune condizioni di cablaggio discontinue a causa della limitazione del modello di circuito o dell'algoritmo matematico utilizzato. Al momento, solo alcuni terminatori (terminazione), come la resistenza alle serie, possono essere riservati sul diagramma schematico. Allevia l'effetto della discontinuità nell'impedenza di traccia. La vera soluzione al problema è cercare di evitare le discontinuità dell'impedenza durante il cablaggio.
2. Quando ci sono più blocchi di funzioni digitali/analogiche in una scheda PCB, il metodo convenzionale è quello di separare la terra digitale/analogica. Qual è il motivo?
Il motivo per separare la terra digitale/analogica è perché il circuito digitale genererà rumore nella potenza e nel terreno quando si passa tra potenziali alti e bassi. L'entità del rumore è correlata alla velocità del segnale e alla grandezza della corrente.
Se il piano di terra non è diviso e il rumore generato dal circuito dell'area digitale è grande e i circuiti dell'area analogica sono molto vicini, anche se i segnali digitali a analogica non si incrociano, il segnale analogico sarà comunque interferito dal rumore di terra. Vale a dire, il metodo digitale-analog non diviso può essere utilizzato solo quando l'area del circuito analogico è lontana dall'area del circuito digitale che genera rumori di grandi dimensioni.
3. Nella progettazione di PCB ad alta velocità, quali aspetti dovrebbero considerare le regole EMC ed EMI?
In generale, il design EMI/EMC deve considerare gli aspetti sia irradiati che condotti allo stesso tempo. Il primo appartiene alla parte di frequenza più alta (> 30 MHz) e il secondo è la parte di frequenza più bassa (<30MHz). Quindi non puoi semplicemente prestare attenzione all'alta frequenza e ignorare la parte a bassa frequenza.
Un buon design EMI/EMC deve tenere conto della posizione del dispositivo, della disposizione dello stack PCB, del metodo di connessione importante, della selezione del dispositivo, ecc. All'inizio del layout. Se non esiste una disposizione migliore in anticipo, verrà risolto in seguito. Otterrà il doppio del risultato con metà dello sforzo e aumenterà il costo.
Ad esempio, la posizione del generatore di clock non dovrebbe essere il più vicino possibile al connettore esterno. I segnali ad alta velocità dovrebbero andare al più possibile allo strato interno. Presta attenzione alla corrispondenza caratteristica dell'impedenza e alla continuità dello strato di riferimento per ridurre le riflessioni. La velocità di serie del segnale spinto dal dispositivo dovrebbe essere il più piccolo possibile per ridurre l'altezza. I componenti di frequenza, quando si sceglie i condensatori di disaccoppiamento/bypass, prestano attenzione al fatto che la sua risposta in frequenza soddisfi i requisiti per ridurre il rumore sul piano di alimentazione.
Inoltre, presta attenzione al percorso di ritorno della corrente del segnale ad alta frequenza per rendere l'area del loop il più piccolo possibile (ovvero l'impedenza del ciclo il più piccolo possibile) per ridurre le radiazioni. Il terreno può anche essere diviso per controllare la gamma di rumore ad alta frequenza. Infine, scegli correttamente il terreno del telaio tra il PCB e l'alloggiamento.
4. Quando si effettuano le schede PCB, al fine di ridurre le interferenze, il filo di terra dovrebbe formare una forma a somma chiusa?
Quando si effettuano le schede PCB, l'area del loop è generalmente ridotta al fine di ridurre le interferenze. Quando si pone la linea di terra, non dovrebbe essere posata in una forma chiusa, ma è meglio organizzarla a forma di ramo e l'area del terreno dovrebbe essere aumentata il più possibile.
5. Come regolare la topologia di routing per migliorare l'integrità del segnale?
Questo tipo di direzione del segnale di rete è più complicata, perché per unidirezionale, segnali bidirezionali e segnali di diversi livelli, le influenze della topologia sono diverse ed è difficile dire quale topologia è benefica per la qualità del segnale. E quando si fa la preimulazione, che la topologia da utilizzare è molto impegnativa per gli ingegneri, che richiede la comprensione dei principi del circuito, i tipi di segnale e persino la difficoltà di cablaggio.
6. Come gestire il layout e il cablaggio per garantire la stabilità dei segnali superiori a 100 m?
La chiave per il cablaggio del segnale digitale ad alta velocità è ridurre l'impatto delle linee di trasmissione sulla qualità del segnale. Pertanto, il layout di segnali ad alta velocità superiori a 100 m richiede che le tracce del segnale siano il più brevi possibile. Nei circuiti digitali, i segnali ad alta velocità sono definiti dal tempo di ritardo di aumento del segnale.
Inoltre, diversi tipi di segnali (come TTL, GTL, LVTTL) hanno metodi diversi per garantire la qualità del segnale.