จาก PCB World, มีนาคม, 19, 2021

เมื่อทำการออกแบบ PCB เรามักจะพบปัญหาต่าง ๆ เช่นการจับคู่อิมพีแดนซ์กฎ EMI ฯลฯ บทความนี้ได้รวบรวมคำถามและคำตอบที่เกี่ยวข้องกับ PCBs ความเร็วสูงสำหรับทุกคนและฉันหวังว่ามันจะเป็นประโยชน์สำหรับทุกคน

1. จะพิจารณาการจับคู่อิมพีแดนซ์เมื่อออกแบบแผนผังการออกแบบ PCB ความเร็วสูงได้อย่างไร?
เมื่อออกแบบวงจร PCB ความเร็วสูงการจับคู่อิมพีแดนซ์เป็นหนึ่งในองค์ประกอบการออกแบบ ค่าอิมพีแดนซ์มีความสัมพันธ์แบบสัมบูรณ์กับวิธีการเดินสายเช่นการเดินบนชั้นผิว (microstrip) หรือชั้นใน (stripline/double stripline) ระยะห่างจากชั้นอ้างอิง (ชั้นพลังงานหรือชั้นกราวด์) ความกว้างการเดินสายวัสดุ PCB ฯลฯ

กล่าวคือค่าอิมพีแดนซ์สามารถกำหนดได้หลังจากการเดินสายเท่านั้น โดยทั่วไปซอฟต์แวร์การจำลองไม่สามารถคำนึงถึงเงื่อนไขการเดินสายที่ไม่ต่อเนื่องเนื่องจากข้อ จำกัด ของแบบจำลองวงจรหรืออัลกอริทึมทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ ในเวลานี้มีเพียง Terminators (การสิ้นสุด) เช่นการต้านทานแบบอนุกรมเท่านั้นที่สามารถจองได้ในแผนผังแผนผัง บรรเทาผลกระทบของความไม่ต่อเนื่องในการติดตามความต้านทาน ทางออกที่แท้จริงสำหรับปัญหาคือพยายามหลีกเลี่ยงความต้านทานต่อความต้านทานเมื่อเดินสาย

2. เมื่อมีบล็อกฟังก์ชั่นดิจิตอล/อะนาล็อกหลายตัวในบอร์ด PCB วิธีการทั่วไปคือการแยกพื้นดินดิจิตอล/อะนาล็อก เหตุผลคืออะไร?
เหตุผลในการแยกพื้นดินดิจิตอล/อะนาล็อกเป็นเพราะวงจรดิจิตอลจะสร้างเสียงรบกวนในพลังงานและพื้นดินเมื่อสลับระหว่างศักยภาพสูงและต่ำ ขนาดของเสียงรบกวนเกี่ยวข้องกับความเร็วของสัญญาณและขนาดของกระแสไฟฟ้า

หากระนาบภาคพื้นดินไม่ได้ถูกแบ่งออกและเสียงที่เกิดจากวงจรพื้นที่ดิจิตอลมีขนาดใหญ่และวงจรพื้นที่อะนาล็อกอยู่ใกล้มากแม้ว่าสัญญาณดิจิตอลถึงอะนาล็อกจะไม่ข้ามสัญญาณอะนาล็อกจะยังคงถูกรบกวนด้วยเสียงรบกวนจากพื้นดิน กล่าวคือวิธีการดิจิตอลไปยังอะนาล็อกแบบไม่แบ่งแยกสามารถใช้ได้เฉพาะเมื่อพื้นที่วงจรอะนาล็อกอยู่ไกลจากพื้นที่วงจรดิจิตอลที่สร้างเสียงรบกวนขนาดใหญ่

3. ในการออกแบบ PCB ความเร็วสูงนักออกแบบควรพิจารณากฎ EMC และ EMI ด้านใด
โดยทั่วไปแล้วการออกแบบ EMI/EMC จำเป็นต้องพิจารณาทั้งแง่มุมที่แผ่ออกไปและดำเนินการในเวลาเดียวกัน อดีตเป็นส่วนความถี่ที่สูงขึ้น (> 30MHz) และหลังเป็นส่วนความถี่ที่ต่ำกว่า (<30MHz) ดังนั้นคุณไม่สามารถให้ความสนใจกับความถี่สูงและไม่สนใจส่วนความถี่ต่ำ

การออกแบบ EMI/EMC ที่ดีจะต้องคำนึงถึงตำแหน่งของอุปกรณ์การจัดเรียงสแต็ก PCB วิธีการเชื่อมต่อที่สำคัญการเลือกอุปกรณ์ ฯลฯ ที่จุดเริ่มต้นของเค้าโครง หากไม่มีการจัดเรียงที่ดีกว่าก่อนจะได้รับการแก้ไขหลังจากนั้น มันจะได้รับผลลัพธ์สองเท่าด้วยความพยายามครึ่งหนึ่งและเพิ่มค่าใช้จ่าย

ตัวอย่างเช่นตำแหน่งของเครื่องกำเนิดนาฬิกาไม่ควรอยู่ใกล้กับตัวเชื่อมต่อภายนอกมากที่สุด สัญญาณความเร็วสูงควรไปที่ชั้นในให้มากที่สุด ให้ความสนใจกับการจับคู่ความต้านทานลักษณะและความต่อเนื่องของเลเยอร์อ้างอิงเพื่อลดการสะท้อนกลับ อัตราการฆ่าของสัญญาณที่ผลักโดยอุปกรณ์ควรมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อลดความสูง ส่วนประกอบความถี่เมื่อเลือกตัวเก็บประจุ decoupling/บายพาสให้ความสนใจว่าการตอบสนองความถี่เป็นไปตามข้อกำหนดเพื่อลดเสียงรบกวนบนระนาบพลังงานหรือไม่

นอกจากนี้ให้ความสนใจกับเส้นทางการกลับมาของกระแสสัญญาณความถี่สูงเพื่อให้พื้นที่วนรอบมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (นั่นคืออิมพีแดนซ์ลูปมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะทำได้) พื้นดินยังสามารถแบ่งออกเป็นช่วงของเสียงรบกวนความถี่สูง ในที่สุดเลือกแชสซีระหว่าง PCB และตัวเรือนอย่างถูกต้อง

4. เมื่อทำบอร์ด PCB เพื่อลดการรบกวนควรสร้างลวดภาคพื้นดินให้เป็นรูปแบบปิดหรือไม่?
เมื่อทำบอร์ด PCB พื้นที่ลูปจะลดลงโดยทั่วไปเพื่อลดการรบกวน เมื่อวางเส้นกราวด์มันไม่ควรวางในรูปแบบปิด แต่จะดีกว่าที่จะจัดเรียงเป็นรูปกิ่งก้านและพื้นที่ของพื้นดินควรเพิ่มขึ้นให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้

5. วิธีปรับโทโพโลยีการกำหนดเส้นทางเพื่อปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณ?
ทิศทางสัญญาณเครือข่ายประเภทนี้มีความซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจากสัญญาณทิศทางเดียวสัญญาณสองทิศทางและสัญญาณของระดับที่แตกต่างกันอิทธิพลของทอพอโลยีนั้นแตกต่างกันและยากที่จะบอกว่าทอพอโลยีใดที่เป็นประโยชน์ต่อคุณภาพสัญญาณ และเมื่อทำการจำลองล่วงหน้าซึ่งโทโพโลยีที่ใช้นั้นมีความต้องการอย่างมากต่อวิศวกรต้องมีความเข้าใจในหลักการวงจรประเภทสัญญาณและแม้แต่ความยากลำบากในการเดินสาย

6. วิธีจัดการกับเลย์เอาต์และการเดินสายเพื่อให้แน่ใจว่ามีความมั่นคงของสัญญาณที่สูงกว่า 100m?
กุญแจสำคัญในการเดินสายสัญญาณดิจิตอลความเร็วสูงคือการลดผลกระทบของสายส่งต่อคุณภาพของสัญญาณ ดังนั้นรูปแบบของสัญญาณความเร็วสูงที่สูงกว่า 100m ต้องใช้ร่องรอยของสัญญาณให้สั้นที่สุดเท่าที่จะทำได้ ในวงจรดิจิตอลสัญญาณความเร็วสูงจะถูกกำหนดโดยเวลาหน่วงของสัญญาณ

ยิ่งไปกว่านั้นสัญญาณประเภทต่าง ๆ (เช่น TTL, GTL, LVTTL) มีวิธีการที่แตกต่างกันเพื่อให้แน่ใจว่าคุณภาพของสัญญาณ