PCB World'den, 19 Mart 2021
PCB tasarımı yaparken, genellikle empedans eşleştirme, EMI kuralları vb. Gibi çeşitli sorunlarla karşılaşırız. Bu makale herkes için yüksek hızlı PCB'lerle ilgili bazı sorular ve cevaplar derledi ve umarım herkes için yararlı olacaktır.
1. Yüksek hızlı PCB tasarım şemaları tasarlarken empedans eşleştirme nasıl dikkate alınır?
Yüksek hızlı PCB devreleri tasarlarken, empedans eşleştirme tasarım öğelerinden biridir. Empedans değeri, yüzey katmanı (mikrostrük) veya iç katman (striplin/çift şerit çizgisi), referans tabakadan (güç katmanı veya toprak katmanı) mesafe, kablo genişliği, PCB malzemesi vb. Gibi kablolama yöntemi ile mutlak bir ilişkiye sahiptir.
Yani, empedans değeri ancak kablolamadan sonra belirlenebilir. Genel olarak, simülasyon yazılımı, devre modelinin veya kullanılan matematiksel algoritmanın sınırlandırılması nedeniyle bazı süreksiz kablolama koşullarını dikkate alamaz. Şu anda, seri direnç gibi sadece bazı sonlandırıcılar (sonlandırma) şematik diyagramda ayrılabilir. İz empedansındaki süreksizliğin etkisini hafifletir. Sorunun gerçek çözümü, kablolama sırasında empedans süreksizliklerinden kaçınmaya çalışmaktır.
2. Bir PCB kartında birden fazla dijital/analog fonksiyon bloğu olduğunda, geleneksel yöntem dijital/analog zemini ayırmaktır. Sebep nedir?
Dijital/analog zemini ayırmanın nedeni, dijital devrenin yüksek ve düşük potansiyeller arasında geçiş yaparken güç ve toprakta gürültü üretmesidir. Gürültünün büyüklüğü sinyalin hızı ve akımın büyüklüğü ile ilgilidir.
Zemin düzlemi bölünmez ve dijital alan devresi tarafından üretilen gürültü büyükse ve analog alan devreleri çok yakınsa, dijital-analog sinyalleri geçmese bile, analog sinyal hala zemin gürültüsüne müdahale edilecektir. Yani, bölünmemiş dijital-analog yöntemi yalnızca analog devre alanı büyük gürültü üreten dijital devre alanından uzak olduğunda kullanılabilir.
3. Yüksek hızlı PCB tasarımında, tasarımcı hangi yönleri EMC ve EMI kurallarını dikkate almalıdır?
Genel olarak, EMI/EMC tasarımının aynı anda hem yayılan hem de yürütülen yönleri dikkate alması gerekir. Birincisi daha yüksek frekans kısmına (> 30MHz) aittir ve ikincisi düşük frekans kısmıdır (<30MHz). Bu yüzden sadece yüksek frekansa dikkat edemez ve düşük frekans kısmını görmezden gelemezsiniz.
Düzenin başında iyi bir EMI/EMC tasarımı cihazın konumunu, PCB yığın düzenlemesini, önemli bağlantı yöntemi, cihaz seçimi vb. Dikkate alınmalıdır. Önceden daha iyi bir düzenleme yoksa, daha sonra çözülecektir. Çabanın yarısı ile iki katı sonucu alacak ve maliyeti artıracaktır.
Örneğin, saat jeneratörünün yeri harici konektöre mümkün olduğunca yakın olmamalıdır. Yüksek hızlı sinyaller mümkün olduğunca iç katmana gitmelidir. Yansımaları azaltmak için karakteristik empedans eşleşmesine ve referans katmanının sürekliliğine dikkat edin. Yüksekliği azaltmak için cihaz tarafından itilen sinyalin dönüş hızı mümkün olduğunca küçük olmalıdır. Frekans bileşenleri, ayrıştırma/baypas kapasitörlerini seçerken, frekans tepkisinin güç düzlemindeki gürültüyü azaltmak için gereksinimleri karşılayıp karşılamadığına dikkat edin.
Buna ek olarak, radyasyonu azaltmak için döngü alanını olabildiğince küçük hale getirmek için yüksek frekanslı sinyal akımının dönüş yoluna dikkat edin (yani, döngü empedansı olabildiğince küçük). Zemin ayrıca yüksek frekanslı gürültü aralığını kontrol etmek için bölünebilir. Son olarak, PCB ve muhafaza arasındaki şasi zemini düzgün bir şekilde seçin.
4. PCB kartları yaparken, paraziti azaltmak için, topraklama kablosu kapalı bir form oluşturmalı mı?
PCB kartları yaparken, paraziti azaltmak için döngü alanı genellikle azaltılır. Zemin çizgisini döşerken, kapalı bir biçimde döşenmemelidir, ancak onu bir dal şeklinde düzenlemek daha iyidir ve zeminin alanı mümkün olduğunca artırılmalıdır.
5. Sinyal bütünlüğünü iyileştirmek için yönlendirme topolojisi nasıl ayarlanır?
Bu tür ağ sinyal yönü daha karmaşıktır, çünkü tek yönlü, çift yönlü sinyaller ve farklı seviyelerdeki sinyaller için topoloji etkileri farklıdır ve hangi topolojinin sinyal kalitesine faydalı olduğunu söylemek zordur. Ve hangi topolojinin kullanılacağı mühendisler üzerinde çok talepkar, devre prensipleri, sinyal tipleri ve hatta kablolama zorlukları için çok talepkardır.
6. 100 metrenin üzerindeki sinyallerin stabilitesini sağlamak için düzen ve kablolama ile nasıl başa çıkılır?
Yüksek hızlı dijital sinyal kablolamasının anahtarı, iletim hatlarının sinyal kalitesi üzerindeki etkisini azaltmaktır. Bu nedenle, 100 metrenin üzerindeki yüksek hızlı sinyallerin düzeni, sinyal izlerinin mümkün olduğunca kısa olmasını gerektirir. Dijital devrelerde, yüksek hızlı sinyaller sinyal yükselme gecikme süresi ile tanımlanır.
Ayrıca, farklı sinyal türleri (TTL, GTL, LVTTL gibi) sinyal kalitesini sağlamak için farklı yöntemlere sahiptir.