Från PCB World, 19 mars 2021

När vi gör PCB-design möter vi ofta olika problem, till exempel impedansmatchning, EMI-regler, etc. Den här artikeln har sammanställt några frågor och svar relaterade till höghastighets-PCB för alla, och jag hoppas att det kommer att vara till hjälp för alla.

1. Hur man överväger impedansmatchning när man utformar höghastighets-PCB-designscheman?
Vid utformning av höghastighets-PCB-kretsar är impedansmatchning ett av designelementen. Impedansvärdet har en absolut relation med ledningsmetoden, såsom att gå på ytskiktet (mikrostrip) eller inre skikt (stripline/dubbel stripline), avstånd från referensskiktet (kraftskikt eller marklager), ledningsbredd, PCB -material etc. båda kommer att påverka det karakteristiska impedansvärdet för spåret.

Det vill säga, impedansvärdet kan endast bestämmas efter ledningar. I allmänhet kan simuleringsprogramvaran inte ta hänsyn till några diskontinuerliga ledningsförhållanden på grund av begränsningen av kretsmodellen eller den matematiska algoritmen som används. För närvarande kan endast vissa terminatorer (avslutning), såsom seriemotstånd, reserveras på det schematiska diagrammet. Lindra effekten av diskontinuitet i spårimpedans. Den verkliga lösningen på problemet är att försöka undvika avbrott i impedansen vid ledningar.

2. När det finns flera digitala/analoga funktionsblock i ett PCB -kort är den konventionella metoden att separera den digitala/analoga marken. Vad är anledningen?
Anledningen till att separera den digitala/analoga marken beror på att den digitala kretsen kommer att generera brus i kraften och marken vid växling mellan höga och låga potentialer. Bullerens storlek är relaterad till signalens hastighet och storleken på strömmen.

Om markplanet inte är uppdelat och bruset som genereras av den digitala områdeskretsen är stort och de analoga områdeskretsarna är mycket nära, även om de digitala-till-analogsignalerna inte korsar, kommer den analoga signalen fortfarande att störas av markbruset. Det vill säga, den icke-uppdelade metoden för digital-till-analog kan endast användas när det analoga kretsområdet är långt från det digitala kretsområdet som genererar stort brus.

3. I höghastighets-PCB-design, vilka aspekter ska designern överväga EMC och EMI-regler?
I allmänhet måste EMI/EMC -design överväga både utstrålade och genomförda aspekter samtidigt. Den förstnämnda tillhör den högre frekvensdelen (> 30MHz) och den senare är den lägre frekvensdelen (<30MHz). Så du kan inte bara vara uppmärksam på högfrekvensen och ignorera lågfrekvensdelen.

En bra EMI/EMC -design måste ta hänsyn till platsen för enheten, PCB -stackarrangemang, viktig anslutningsmetod, val av enheter etc. i början av layouten. Om det inte finns något bättre arrangemang i förväg kommer det att lösas efteråt. Det kommer att få två gånger resultatet med halva ansträngningen och öka kostnaden.

Till exempel bör platsen för klockgeneratorn inte vara så nära det externa kontakten som möjligt. Höghastighetssignaler bör gå till det inre lagret så mycket som möjligt. Var uppmärksam på den karakteristiska impedansmatchningen och kontinuiteten i referensskiktet för att minska reflektioner. Den svängda hastigheten för signalen som skjuts av enheten bör vara så liten som möjligt för att minska höjden. Frekvenskomponenter, när du väljer avkopplings-/förbikopplingskondensatorer, uppmärksamma huruvida dess frekvenssvar uppfyller kraven för att minska bruset på kraftplanet.

Dessutom, var uppmärksam på returvägen för högfrekvenssignalströmmen för att göra slingområdet så litet som möjligt (det vill säga slingimpedansen så liten som möjligt) för att minska strålningen. Marken kan också delas upp för att kontrollera utbudet av högfrekventa brus. Slutligen väljer du ordentligt chassi -marken mellan PCB och huset.

4. Vid tillverkning av PCB, för att minska störningar, ska jordtråden bilda en form med sluten summan?
Vid tillverkning av PCB reduceras slingområdet i allmänhet för att minska störningar. När du lägger marklinjen bör den inte läggas i en stängd form, men det är bättre att ordna den i grenform, och markområdet bör ökas så mycket som möjligt.

5. Hur justerar man routingtopologin för att förbättra signalintegriteten?
Denna typ av nätverkssignalriktning är mer komplicerad, eftersom för enkelriktade, dubbelriktade signaler och signaler på olika nivåer är topologinflytande olika och det är svårt att säga vilken topologi som är fördelaktig för signalkvaliteten. Och när man gör pre-simulering, vilken topologi att använda är mycket krävande på ingenjörer, vilket kräver förståelse av kretsprinciper, signaltyper och till och med ledningsvårigheter.

6. Hur hanterar man layouten och ledningarna för att säkerställa stabiliteten hos signaler över 100 meter?
Nyckeln till höghastighets digitala signalledningar är att minska påverkan av överföringslinjer på signalkvaliteten. Därför kräver utformningen av höghastighetssignaler över 100 m att signalspåren är så kort som möjligt. I digitala kretsar definieras höghastighetssignaler av signalökningstid.

Dessutom har olika typer av signaler (såsom TTL, GTL, LVTTL) olika metoder för att säkerställa signalkvalitet.