Z World World, 19. marca 2021

Pri dizajne PCB sa často stretávame s rôznymi problémami, ako sú impedančné porovnávanie, pravidlá EMI atď. Tento článok zostavil niekoľko otázok a odpovedí týkajúcich sa vysokorýchlostných PCB pre všetkých, a dúfam, že to bude užitočné pre všetkých.

1. Ako zvážiť zváženie impedancie pri navrhovaní vysokorýchlostných schémy dizajnu PCB?
Pri navrhovaní vysokorýchlostných obvodov PCB je zhodovanie impedancie jedným z konštrukčných prvkov. Hodnota impedancie má absolútny vzťah s metódou zapojenia, ako je chôdza na povrchovej vrstve (Microstrip) alebo vnútorná vrstva (Stripline/dvojitá pruhová línia), vzdialenosť od referenčnej vrstvy (napájacia vrstva alebo pozemná vrstva), šírka zapojenia, materiál PCB atď. Obe ovplyvnia charakteristickú hodnotu impedancie stopy.

To znamená, že hodnota impedancie je možné určiť až po zapojení. Simulačný softvér vo všeobecnosti nemôže zohľadniť niektoré diskontinuálne podmienky zapojenia v dôsledku obmedzenia modelu obvodu alebo použitého matematického algoritmu. V tejto dobe môžu byť na schematickom diagrame vyhradené iba niektoré terminátory (ukončenie), napríklad odpor série. Zmierniť účinok diskontinuity pri stopovej impedancii. Skutočným riešením problému je pokúsiť sa vyhnúť impedančným diskontinuitám pri zapojení.

2. Ak je v doske PCB viac blokov digitálnych/analógových funkcií, konvenčnou metódou je oddelenie digitálnej/analógovej pôdy. Aký je dôvod?
Dôvodom oddelenia digitálnej/analógovej pôdy je to, že digitálny obvod bude pri prepínaní medzi vysokými a nízkymi potenciálmi vygenerovať hluk v napájaní a zemi. Veľkosť hluku súvisí s rýchlosťou signálu a veľkosťou prúdu.

Ak je pozemná rovina rozdelená a hluk generovaný obvodom digitálnej oblasti je veľký a obvody analógovej plochy sú veľmi blízko, aj keď signály digitálneho a analógu neprechádzajú, analógový signál bude stále narušený zemským šumom. To znamená, že nerozdelená metóda digitálneho a analógu sa dá použiť iba vtedy, keď je oblasť analógového obvodu ďaleko od oblasti digitálneho obvodu, ktorá vytvára veľký šum.

3. Ktoré aspekty by mali dizajnér zvážiť pravidlá EMC a EMI vo vysokorýchlostnom dizajne PCB?
Všeobecne platí, že dizajn EMI/EMC musí súčasne zvážiť vyžarované aj vykonané aspekty. Prvý patrí do časti s vyššou frekvenciou (> 30 MHz) a druhá je nižšia frekvenčná časť (<30MHz). Takže nemôžete venovať pozornosť iba vysokej frekvencii a ignorovať nízku frekvenciu.

Dobrý dizajn EMI/EMC musí brať do úvahy umiestnenie zariadenia, usporiadanie zásobníka PCB, dôležitú metódu pripojenia, výber zariadenia atď. Na začiatku rozloženia. Ak vopred nie je lepšie usporiadanie, potom sa vyrieši. Dosiahne dvojnásobok výsledku s polovicou úsilia a zvýši náklady.

Napríklad umiestnenie generátora hodín by nemalo byť čo najbližšie k externému konektoru. Vysokorýchlostné signály by mali čo najviac ísť do vnútornej vrstvy. Venujte pozornosť charakteristickej zhode impedancie a kontinuity referenčnej vrstvy, aby sa znížili odrazy. Rýchlosť signálu tlačeného zariadením by mala byť čo najmenšia, aby sa znížila výška. Frekvenčné komponenty, pri výbere kondenzátorov oddelenia/obtoku, venujte pozornosť tomu, či jej frekvenčná odozva spĺňa požiadavky na zníženie hluku v rovine výkonu.

Okrem toho venujte pozornosť návratovej ceste vysokofrekvenčného signálneho prúdu, aby bola oblasť slučky čo najmenšia (tj impedancia slučky čo najmenšia), aby sa znížilo žiarenie. Zem je možné tiež rozdeliť na riadenie rozsahu vysokofrekvenčného hluku. Nakoniec si správne vyberte podvozok medzi PCB a puzdrom.

4. Pri výrobe dosiek PCB, aby sa znížil rušenie, mal by uzemňový drôt tvoriť tvar uzavretej sumy?
Pri výrobe dosiek DPS sa plocha slučky vo všeobecnosti zníži, aby sa znížila rušenie. Pri položení pozemného vedenia by sa nemalo položiť v uzavretej forme, ale je lepšie ju usporiadať do tvaru vetvy a oblasť zeme by sa mala čo najviac zvýšiť.

5. Ako upraviť topológiu smerovania na zlepšenie integrity signálu?
Tento druh smerovania sieťového signálu je komplikovanejší, pretože v prípade jednosmerných, obojsmerných signálov a signálov rôznych úrovní sú topológie vplyvy odlišné a je ťažké povedať, ktorá topológia je prospešná pre kvalitu signalizácie. A pri predbežnej simulácii, ktorú topológia použije, je pre inžinierov veľmi náročná, vyžaduje pochopenie princípov obvodu, typov signálov a dokonca aj obtiažnosti zapojenia.

6. Ako sa vysporiadať s rozložením a zapojením, aby ste zaistili stabilitu signálov nad 100 m?
Kľúčom k vysokorýchlostnému zapojeniu digitálneho signálu je zníženie vplyvu prenosových vedení na kvalitu signálu. Preto usporiadanie vysokorýchlostných signálov nad 100 m vyžaduje, aby signálne stopy boli čo najkratšie. V digitálnych obvodoch sú vysokorýchlostné signály definované časom oneskorenia signálu.

Okrem toho rôzne typy signálov (ako sú TTL, GTL, LVTTL) majú rôzne metódy na zabezpečenie kvality signálu.