No PCB World, 2021. gada 19. martā

Veicot PCB dizainu, mēs bieži saskaramies ar dažādas problēmas, piemēram, pretestības saskaņošanu, EMI noteikumiem utt. Šis raksts ir apkopojis dažus jautājumus un atbildes, kas saistītas ar ātrgaitas PCB visiem, un es ceru, ka tas būs noderīgi visiem.

1. Kā apsvērt pretestības saskaņošanu, izstrādājot ātrgaitas PCB dizaina shēmas?
Projektējot ātrgaitas PCB shēmas, pretestības saskaņošana ir viens no dizaina elementiem. Pretestības vērtībai ir absolūta saistība ar elektroinstalācijas metodi, piemēram, pastaigas pa virsmas slāni (mikrostrip) vai iekšējo slāni (svītra/dubultā svītras līnija), attālums no atsauces slāņa (barošanas slānis vai zemes slānis), elektroinstalācijas platums, PCB materiāls utt. Abi ietekmēs pēdas raksturīgo pretestības vērtību.

Tas ir, pretestības vērtību var noteikt tikai pēc vadu. Parasti simulācijas programmatūra nevar ņemt vērā dažus pārtraukumus vadu nosacījumus, ņemot vērā ķēdes modeļa ierobežojumu vai izmantoto matemātisko algoritmu. Šajā laikā shematiskajā diagrammā var rezervēt tikai dažus terminatorus (izbeigšanu), piemēram, sērijas pretestību. Mazināt pārtraukuma ietekmi izsekošanas pretestībā. Īstais problēmas risinājums ir mēģināt izvairīties no pretestības pārtraukumiem, kad vadu.

2. Ja PCB platē ir vairāki digitālo/analogo funkciju bloki, parastā metode ir atdalīt digitālo/analogo zemi. Kāds ir iemesls?
Digitālās/analogās zemes atdalīšanas iemesls ir tāpēc, ka, pārejot starp augstu un zemu potenciālu, digitālā ķēde radīs troksni jaudā un zemē. Trokšņa lielums ir saistīts ar signāla ātrumu un strāvas lielumu.

Ja zemes plakne netiek sadalīta un digitālās zonas ķēdes radītais troksnis ir liels un analogās zonas shēmas ir ļoti tuvu, pat ja digitālā-analogā signāli nešķērso, analogo signālu joprojām traucē zemes troksnis. Tas ir, ka metodi, kas nav dalīta digitālā un analogā, var izmantot tikai tad, ja analogās shēmas laukums ir tālu no digitālās shēmas laukuma, kas rada lielu troksni.

3. Vajadzības PCB dizainā, kādus aspektus dizainerim vajadzētu apsvērt EMC un EMI noteikumus?
Parasti EMI/EMC dizainam vienlaikus jāņem vērā gan izstarotie, gan vadītie aspekti. Pirmais pieder augstākas frekvences daļai (> 30MHz), un otrais ir zemākas frekvences daļa (<30MHz). Tātad jūs nevarat tikai pievērst uzmanību augstākajai frekvencei un ignorēt zemas frekvences daļu.

Labam EMI/EMC dizainam izkārtojuma sākumā jāņem vērā ierīces atrašanās vieta, PCB kaudzes izvietojums, svarīga savienojuma metode, ierīces izvēle utt. Ja iepriekš nav labāka izkārtojuma, tas tiks atrisināts pēc tam. Tas iegūs divreiz lielāku rezultātu ar pusi piepūles un palielinās izmaksas.

Piemēram, pulksteņa ģeneratora atrašanās vietai nevajadzētu būt pēc iespējas tuvāk ārējam savienotājam. Ātrgaitas signāliem pēc iespējas vairāk jāiet uz iekšējo slāni. Pievērsiet uzmanību raksturīgajai pretestības saskaņošanai un atsauces slāņa nepārtrauktībai, lai samazinātu refleksijas. Lai samazinātu augstumu, ir jābūt pēc iespējas mazākam signālam, ko iespiež ierīce. Frekvences komponenti, izvēloties atdalīšanas/apvedceļa kondensatorus, pievērsiet uzmanību tam, vai tā frekvences reakcija atbilst prasībām, lai samazinātu troksni strāvas plaknē.

Turklāt pievērsiet uzmanību augstfrekvences signāla strāvas atgriešanas ceļam, lai cilpas laukums būtu pēc iespējas mazāks (tas ir, cilpas pretestība pēc iespējas mazāku), lai samazinātu starojumu. Zemi var arī sadalīt, lai kontrolētu augstfrekvences trokšņa diapazonu. Visbeidzot, pareizi izvēlieties šasijas zemi starp PCB un korpusu.

4. Veidojot PCB dēļus, lai samazinātu traucējumus, vai zemes vadam vajadzētu veidot slēgta summas formu?
Veidojot PCB dēļus, cilpas laukumu parasti samazina, lai samazinātu traucējumus. Ievietojot zemes līniju, to nevajadzētu likt slēgtā formā, bet labāk ir to sakārtot zara formā, un zemes laukums būtu pēc iespējas vairāk jāpalielina.

5. Kā pielāgot maršrutēšanas topoloģiju, lai uzlabotu signāla integritāti?
Šāda veida tīkla signāla virziens ir sarežģītāks, jo vienvirziena, divvirzienu signālu un dažādu līmeņu signālu signāliem topoloģijas ietekme ir atšķirīga, un ir grūti pateikt, kura topoloģija ir labvēlīga signāla kvalitātei. Veicot pirmssimulāciju, kuru topoloģijā jāizmanto, inženieriem ir ļoti nepieciešama, nepieciešama izpratne par ķēdes principiem, signālu veidiem un pat elektroinstalācijas grūtībām.

6. Kā rīkoties ar izkārtojumu un vadu, lai nodrošinātu signālu stabilitāti virs 100 m?
Ātrgaitas digitālā signāla vadu atslēga ir samazināt pārvades līniju ietekmi uz signāla kvalitāti. Tāpēc ātrgaitas signālu izkārtojumam virs 100 m ir nepieciešams, lai signāla pēdas būtu pēc iespējas īsākas. Digitālajās shēmās ātrgaitas signāli tiek definēti pēc signāla pieauguma kavēšanās laika.

Turklāt dažādiem signālu veidiem (piemēram, TTL, GTL, LVTTL) ir dažādas metodes, lai nodrošinātu signāla kvalitāti.