จากโลก PCB วันที่ 19 มีนาคม 2564

เมื่อทำการออกแบบ PCB เรามักจะประสบปัญหาต่างๆ เช่น การจับคู่อิมพีแดนซ์ กฎ EMI ฯลฯ บทความนี้ได้รวบรวมคำถามและคำตอบที่เกี่ยวข้องกับ PCB ความเร็วสูงสำหรับทุกคน และฉันหวังว่าจะเป็นประโยชน์กับทุกคน

1. จะพิจารณาการจับคู่อิมพีแดนซ์เมื่อออกแบบแผนงานการออกแบบ PCB ความเร็วสูงได้อย่างไร
เมื่อออกแบบวงจร PCB ความเร็วสูง การจับคู่อิมพีแดนซ์เป็นหนึ่งในองค์ประกอบการออกแบบค่าความต้านทานมีความสัมพันธ์สัมบูรณ์กับวิธีการเดินสายไฟ เช่น การเดินบนชั้นพื้นผิว (ไมโครสตริป) หรือชั้นใน (แถบสตริปไลน์/แถบคู่) ระยะห่างจากชั้นอ้างอิง (ชั้นกำลังหรือชั้นกราวด์) ความกว้างของสายไฟ วัสดุ PCB ฯลฯ ทั้งสองอย่างจะส่งผลต่อค่าอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะของการติดตาม

กล่าวคือ สามารถกำหนดค่าอิมพีแดนซ์ได้หลังจากเดินสายไฟเท่านั้นโดยทั่วไป ซอฟต์แวร์จำลองสถานการณ์ไม่สามารถคำนึงถึงเงื่อนไขการเดินสายที่ไม่ต่อเนื่องบางประการได้ เนื่องจากข้อจำกัดของแบบจำลองวงจรหรืออัลกอริธึมทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ในขณะนี้ สามารถสงวนเทอร์มิเนเตอร์บางตัวเท่านั้น (การสิ้นสุด) เช่น ความต้านทานแบบอนุกรม ไว้ในแผนภาพบรรเทาผลกระทบของความไม่ต่อเนื่องในความต้านทานการติดตามวิธีแก้ปัญหาที่แท้จริงคือพยายามหลีกเลี่ยงความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์เมื่อเดินสายไฟ

2. เมื่อมีบล็อกฟังก์ชันดิจิทัล/แอนะล็อกหลายบล็อกในบอร์ด PCB วิธีการทั่วไปคือการแยกกราวด์ดิจิทัล/แอนะล็อกสาเหตุคืออะไร?
เหตุผลในการแยกกราวด์ดิจิทัล/แอนะล็อกเนื่องจากวงจรดิจิทัลจะสร้างสัญญาณรบกวนในกำลังและกราวด์เมื่อสลับระหว่างศักย์ไฟฟ้าสูงและต่ำขนาดของสัญญาณรบกวนสัมพันธ์กับความเร็วของสัญญาณและขนาดของกระแส

หากระนาบกราวด์ไม่ได้ถูกแบ่งออกและเสียงที่เกิดจากวงจรพื้นที่ดิจิทัลมีขนาดใหญ่และวงจรพื้นที่แอนะล็อกอยู่ใกล้กันมาก แม้ว่าสัญญาณดิจิทัลเป็นแอนะล็อกจะไม่ข้าม สัญญาณแอนะล็อกจะยังคงถูกรบกวนโดยกราวด์ เสียงรบกวน.กล่าวคือ วิธีการแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นอนาล็อกแบบไม่แบ่งสามารถใช้งานได้เฉพาะเมื่อพื้นที่วงจรแอนะล็อกอยู่ห่างจากพื้นที่วงจรดิจิทัลที่ก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนขนาดใหญ่เท่านั้น

3. ในการออกแบบ PCB ความเร็วสูง ผู้ออกแบบควรพิจารณากฎ EMC และ EMI ด้านใด
โดยทั่วไป การออกแบบ EMI/EMC จำเป็นต้องพิจารณาทั้งด้านที่มีการแผ่รังสีและด้านการดำเนินการในเวลาเดียวกันอันแรกเป็นของส่วนความถี่ที่สูงกว่า (>30MHz) และอันหลังเป็นส่วนความถี่ต่ำกว่า (<30MHz)ดังนั้นคุณจึงไม่สามารถใส่ใจกับความถี่สูงและมองข้ามส่วนความถี่ต่ำได้

การออกแบบ EMI/EMC ที่ดีต้องคำนึงถึงตำแหน่งของอุปกรณ์ การจัดเรียง PCB ซ้อน วิธีการเชื่อมต่อที่สำคัญ การเลือกอุปกรณ์ ฯลฯ ที่จุดเริ่มต้นของโครงร่างหากไม่มีการเตรียมการที่ดีกว่าไว้ล่วงหน้าก็จะได้รับการแก้ไขในภายหลังจะได้รับผลลัพธ์สองเท่าโดยใช้ความพยายามเพียงครึ่งเดียวและเพิ่มต้นทุน

ตัวอย่างเช่น ตำแหน่งของเครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกาไม่ควรใกล้กับขั้วต่อภายนอกมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้สัญญาณความเร็วสูงควรไปที่ชั้นในให้มากที่สุดให้ความสนใจกับการจับคู่อิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะและความต่อเนื่องของเลเยอร์อ้างอิงเพื่อลดการสะท้อนอัตราการฆ่าสัญญาณที่ส่งโดยอุปกรณ์ควรมีค่าน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อลดความสูงส่วนประกอบความถี่ เมื่อเลือกตัวเก็บประจุแบบแยกส่วน/บายพาส ควรคำนึงถึงว่าการตอบสนองความถี่ตรงตามข้อกำหนดในการลดสัญญาณรบกวนบนระนาบกำลังหรือไม่

นอกจากนี้ ให้ใส่ใจกับเส้นทางกลับของกระแสสัญญาณความถี่สูงเพื่อทำให้พื้นที่ลูปมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (นั่นคือ อิมพีแดนซ์ของลูปน้อยที่สุด) เพื่อลดรังสีกราวด์ยังสามารถแบ่งออกเพื่อควบคุมช่วงเสียงความถี่สูงได้สุดท้าย ให้เลือกกราวด์ของแชสซีระหว่าง PCB และตัวเครื่องอย่างเหมาะสม

4. เมื่อทำบอร์ด PCB เพื่อลดการรบกวนสายดินควรอยู่ในรูปแบบผลรวมปิดหรือไม่?
เมื่อทำบอร์ด PCB โดยทั่วไปพื้นที่ลูปจะลดลงเพื่อลดการรบกวนเมื่อวางสายดินไม่ควรวางในรูปแบบปิด แต่ควรจัดเรียงเป็นกิ่งก้านจะดีกว่าและควรเพิ่มพื้นที่ดินให้มากที่สุด

5. จะปรับโครงสร้างการกำหนดเส้นทางเพื่อปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณได้อย่างไร?
ทิศทางของสัญญาณเครือข่ายประเภทนี้มีความซับซ้อนมากขึ้น เนื่องจากสำหรับสัญญาณทิศทางเดียว สองทิศทาง และสัญญาณในระดับที่แตกต่างกัน อิทธิพลของโทโพโลยีจะแตกต่างกัน และเป็นการยากที่จะบอกว่าโทโพโลยีใดที่เป็นประโยชน์ต่อคุณภาพสัญญาณและเมื่อทำการจำลองล่วงหน้า โทโพโลยีที่จะใช้เป็นที่ต้องการของวิศวกรอย่างมาก โดยต้องมีความเข้าใจในหลักการของวงจร ประเภทของสัญญาณ และแม้แต่ความยากในการเดินสาย

6. จะจัดการกับเค้าโครงและสายไฟอย่างไรเพื่อให้มั่นใจในความเสถียรของสัญญาณที่สูงกว่า 100M
หัวใจสำคัญของการเดินสายสัญญาณดิจิตอลความเร็วสูงคือการลดผลกระทบของสายส่งที่มีต่อคุณภาพของสัญญาณดังนั้นโครงร่างของสัญญาณความเร็วสูงที่สูงกว่า 100M จึงต้องการติดตามสัญญาณให้สั้นที่สุดในวงจรดิจิตอล สัญญาณความเร็วสูงถูกกำหนดโดยเวลาหน่วงการเพิ่มขึ้นของสัญญาณ

นอกจากนี้ สัญญาณประเภทต่างๆ (เช่น TTL, GTL, LVTTL) ยังมีวิธีการที่แตกต่างกันในการรับรองคุณภาพของสัญญาณ