מתוך PCB world, 19 במרץ, 2021

כאשר עושים עיצוב PCB, אנו נתקלים לעתים קרובות בבעיות שונות, כגון התאמת עכבה, חוקי EMI וכו'. מאמר זה ריכז עבור כולם כמה שאלות ותשובות הקשורות ל-PCB במהירות גבוהה, ואני מקווה שזה יעזור לכולם.

1. כיצד לשקול התאמת עכבות בעת תכנון סכימות עיצוב PCB במהירות גבוהה?
בעת תכנון מעגלי PCB מהירים, התאמת עכבה היא אחד ממרכיבי העיצוב.לערך העכבה יש קשר מוחלט עם שיטת החיווט, כגון הליכה על שכבת פני השטח (מיקרוסטריפ) או שכבה פנימית (סטריפליין/רצועה כפולה), מרחק משכבת ​​הייחוס (שכבת החשמל או שכבת הקרקע), רוחב החיווט, חומר ה-PCB , וכו' שניהם ישפיעו על ערך העכבה האופייני של העקיבה.

כלומר, ניתן לקבוע את ערך העכבה רק לאחר החיווט.בדרך כלל, תוכנת הסימולציה אינה יכולה לקחת בחשבון כמה תנאי חיווט לא רציפים עקב המגבלה של מודל המעגל או האלגוריתם המתמטי בשימוש.בשלב זה, ניתן לשמור על התרשים הסכמטי רק חלק מסופי (termination), כגון התנגדות סדרה.להקל על ההשפעה של אי המשכיות בעכבת עקבות.הפתרון האמיתי לבעיה הוא לנסות למנוע אי רציפות עכבה בעת חיווט.

2. כאשר יש מספר בלוקים של פונקציות דיגיטליות/אנלוגיות בלוח PCB, השיטה המקובלת היא להפריד את ההארקה הדיגיטלית/אנלוגית.מה הסיבה?
הסיבה להפרדת ההארקה הדיגיטלית/אנלוגית היא בגלל שהמעגל הדיגיטלי יפיק רעש בכוח ובאדמה בעת מעבר בין פוטנציאל גבוה לנמוך.עוצמת הרעש קשורה למהירות האות ולעוצמת הזרם.

אם מישור ההארקה אינו מחולק והרעש שנוצר על ידי מעגל השטח הדיגיטלי גדול ומעגלי השטח האנלוגיים קרובים מאוד, גם אם האותות הדיגיטליים לאנלוגיים לא יצטלבו, האות האנלוגי עדיין יופרע על ידי האדמה רַעַשׁ.כלומר, ניתן להשתמש בשיטה הלא מחולקת דיגיטלית לאנלוגית רק כאשר אזור המעגל האנלוגי רחוק מאזור המעגל הדיגיטלי שיוצר רעש גדול.

3. בתכנון PCB במהירות גבוהה, באילו היבטים על המעצב לשקול כללי EMC ו-EMI?
באופן כללי, תכנון EMI/EMC צריך לקחת בחשבון הן היבטים מוקרנים והן היבטים מובלים בו-זמנית.הראשון שייך לחלק התדר הגבוה (>30MHz) והשני הוא החלק בתדר הנמוך יותר (<30MHz).אז אתה לא יכול פשוט לשים לב לתדר הגבוה ולהתעלם מהחלק בתדר הנמוך.

תכנון EMI/EMC טוב חייב לקחת בחשבון את מיקום המכשיר, סידור מחסנית PCB, שיטת חיבור חשובה, בחירת מכשיר וכו' בתחילת הפריסה.אם לא יהיה סידור טוב יותר מראש, זה ייפתר לאחר מכן.זה יקבל תוצאה כפולה בחצי מהמאמץ ויגדיל את העלות.

לדוגמה, המיקום של מחולל השעון לא צריך להיות קרוב ככל האפשר למחבר החיצוני.אותות במהירות גבוהה צריכים לעבור לשכבה הפנימית ככל האפשר.שימו לב להתאמת העכבה האופיינית ולהמשכיות שכבת הייחוס כדי להפחית השתקפויות.קצב ההטיה של האות שנדחף על ידי המכשיר צריך להיות קטן ככל האפשר כדי להפחית את הגובה.רכיבי תדר, בבחירת קבלי ניתוק/עוקף, שימו לב האם תגובת התדר שלו עומדת בדרישות להפחתת הרעש במישור הכוח.

בנוסף, שימו לב לנתיב ההחזרה של זרם האות בתדר גבוה כדי להפוך את שטח הלולאה קטן ככל האפשר (כלומר, עכבת הלולאה קטנה ככל האפשר) כדי להפחית את הקרינה.ניתן גם לחלק את הקרקע כדי לשלוט בטווח הרעשים בתדר גבוה.לבסוף, בחר כראוי את הארקת המארז בין ה-PCB לבין הדיור.

4. בעת ביצוע לוחות PCB, על מנת להפחית הפרעות, האם חוט ההארקה צריך ליצור צורה של סכום סגור?
בעת ביצוע לוחות PCB, שטח הלולאה מצטמצם בדרך כלל על מנת להפחית הפרעות.בעת הנחת קו הקרקע, אין להניח אותו בצורה סגורה, אך עדיף לסדר אותו בצורת ענף, ויש להגדיל את שטח הקרקע ככל האפשר.

5. כיצד להתאים את טופולוגיית הניתוב כדי לשפר את שלמות האות?
סוג זה של כיוון אות רשת הוא מסובך יותר, מכיוון שאותות חד-כיווניים, דו-כיווניים ואותות ברמות שונות, השפעות הטופולוגיה שונות, וקשה לומר איזו טופולוגיה מועילה לאיכות האות.וכאשר עושים סימולציה מראש, איזו טופולוגיה להשתמש תובענית מאוד ממהנדסים, דורשת הבנה של עקרונות המעגל, סוגי האותות ואפילו קושי בחיווט.

6. איך להתמודד עם הפריסה והחיווט כדי להבטיח את יציבות האותות מעל 100M?
המפתח לחיווט אות דיגיטלי במהירות גבוהה הוא להפחית את ההשפעה של קווי תמסורת על איכות האות.לכן, הפריסה של אותות במהירות גבוהה מעל 100M דורשת שעקבות האות יהיו קצרים ככל האפשר.במעגלים דיגיטליים, אותות במהירות גבוהה מוגדרים על ידי זמן השהיית עליית האות.

יתר על כן, לסוגים שונים של אותות (כגון TTL, GTL, LVTTL) יש שיטות שונות להבטיח את איכות האות.