Двумя серьезными трудностями в области микроэлектроники являются обработка высокочастотных сигналов и слабых сигналов, уровень производства ПХБ в этом отношении особенно важен, тот же принцип проектирования, те же самые компоненты, разные люди, выпускающие ПХБ, имеют разные результаты , Тогда как сделать хорошую плату на печатной плате?
Как получить высококачественную печатную плату?
Во-первых, мы должны четко проектировать цели
Получив конструкторскую задачу, мы должны сначала очистить цель проектирования, это обычная плата PCB, высокочастотная плата PCB, плата для печатной платы с маленьким сигналом или плата для печатной платы с высокой частотой и малой частотой обработки сигналов, если это обычная плата печатной платы, До тех пор, пока макет и проводка для достижения разумных и аккуратных механических размеров могут быть точными, если линия нагрузки и длинная линия, необходимо использовать определенные средства для решения проблемы, уменьшить нагрузку, долгосрочную для усиления привода, основное внимание следует уделить предотвращению долговременного отражения.
Когда на плате имеется более 40 МГц сигнальных линий, особое внимание следует уделять этим сигнальным линиям, таким как перекрестные помехи между линиями и т. Д. Если частота выше, длина проводки более ограничена и в соответствии с параметром распределения Теория сетей, взаимодействие между высокоскоростной схемой и ее соединением является решающим фактором в проектировании системы, нельзя игнорировать по мере увеличения скорости передачи ворот, оппозиция на сигнальной линии будет соответствующим увеличением перекрестных помех между соседними сигнальными линиями будет Пропорционально увеличиваются, как правило, высокая скорость рассеивания мощности и рассеивание тепла также очень велики, на высокоскоростную печатную плату должно быть уделено достаточное внимание.
Если на плате милливольт или даже микровольт есть слабые сигналы, необходимо соблюдать особую осторожность в отношении этих сигнальных линий. Малые сигналы слишком слабы, чтобы их можно было легко нарушить другими сильными сигналами. Часто необходимы меры защиты, Значительно уменьшает отношение сигнал / шум, так что полезный сигнал погружается шумом и не может быть эффективно извлечен.
Ввод в эксплуатацию платы также должен учитываться на этапе проектирования. Физическое расположение контрольных точек и изоляция контрольных точек не следует пренебрегать. Поскольку некоторые небольшие и высокочастотные сигналы не могут быть добавлены непосредственно в зонд для измерения.
В дополнение к рассмотрению некоторых других релевантных факторов, таких как количество слоев платы, использование формы составного пакета, механическая прочность платы и т. Д. Перед тем, как сделать плату на печатной плате, сделать проектные цели дизайна.
Во-вторых, понимайте функцию компонентов, используемых в компоновке требований к проводке
Мы знаем, что в компоновке проводки есть некоторые специальные компоненты, такие как LOTI и APH, используемые аналоговым усилителем сигнала, аналоговым усилителем сигнала для удовлетворения потребностей в стабильной малой пульсации. Аналоговая часть малого сигнала должна стараться держаться подальше от силовых устройств. Плата OTI, небольшая часть усиления сигнала специального щита также добавлена для защиты рассеянных электромагнитных помех.
Чипы NTOI GLINK, используемые в плате, - это процесс ECL, мощная лихорадка, тепло должно быть в макете вопроса, должно быть уделено особое внимание, если естественное охлаждение, необходимо, чтобы чип GLINK на циркуляции воздуха был относительно гладким , И тепло рассеивается еще не может оказать большого влияния на другие чипы. Если плата оснащена динамиками или другими мощными устройствами, это может вызвать серьезное загрязнение мощности этой точки, также должно быть уделено достаточное внимание.
В-третьих, соображения компоновки компонентов
Компоновка компонентов. Первым фактором, который следует учитывать, является электрические свойства соединения для максимально возможного закрытия компонентов, особенно для некоторых высокоскоростных линий, макет должен сделать его как можно короче, сигнал мощности и малосигнальные устройства Чтобы отделить. В предположении достижения производительности схемы, но также рассмотрите компоненты, размещенные аккуратно, красиво, легко протестировать, механический размер платы, местоположение гнезда также необходимо серьезно рассмотреть.
Время задержки передачи на земле и линии межсоединений в высокоскоростных системах также является первым фактором, который следует учитывать при проектировании системы. Время передачи на сигнальных линиях оказывает большое влияние на общую скорость системы, особенно для высокоскоростных схем ECL, хотя интеграция Сам блок схемы очень быстрый, но скорость системы значительно снижается из-за увеличения времени задержки на объединительной панели с нормальными межсоединениями (около 2 нс на длину линии 30 см). Подобно сдвиговым регистрам, Синхронная счетная синхронизация работы этого компонента лучше всего размещается на одной и той же части платы, потому что тактовый сигнал на разную задержку плагинов времени передачи не равен, может привести к ошибке владельца регистра сдвига, если не на плате, Тогда, когда синхронизация имеет решающее значение, тактовые линии, подключенные от общего источника синхронизации к каждой плате, должны иметь одинаковую длину.
В-четвертых, соображения электропроводки
По завершении проектирования сетей OTNI и звездных оптических волокон будет создано множество плат с высокоскоростными сигнальными линиями выше 100 МГц, которые необходимо разработать. Здесь мы представим некоторые базовые концепции высокоскоростной линии.
Линия передачи:
Любой «длинный» путь сигнала на печатной плате можно рассматривать как линию передачи. Если задержка передачи линии намного короче, чем время нарастания сигнала, первичное отражение, возникающее при повышении сигнала, будет погружено При перегрузке, отдаче и звонке больше не присутствует, для большинства схем MOS сегодня трасса может быть длинной в метрах без искажения сигнала из-за значительно большего времени нарастания по сравнению с временем задержки распространения линии. Для более быстрых логических схем, особенно сверхбыстрых ECL.
В случае интегральных схем длина трасс должна быть значительно сокращена, чтобы поддерживать целостность сигнала из-за более высоких скоростных скоростей.
Существует два способа заставить высокоскоростные цепи работать на относительно длинных линиях без искажения формы волны. TTL использует зажим Schottky для быстрых спускающих краев, зажав перерегулирование до падения диода под землей , Что уменьшает люфт. Более медленный передний фронт допускает перерегулирование, но он ослабляется относительно высоким выходным сопротивлением (50 ~ 80 Ом) схемы на уровне «H», Кроме того, из-за уровня «H» более высокий иммунитет к проблеме отдачи не очень заметен, устройства серии HCT, если они сочетаются с диодным зажимом Шоттки и методом последовательного сопротивления изоляции, который Эффект улучшения будет более очевидным.
Способ формирования TTL-формы, описанный выше, кажется несколько менее эффективным при более высоких скоростях передачи и более высоких скоростях при разрыве вдоль сигнальных линий из-за наличия отраженных волн в линии, которые, как правило, будут синтезироваться с высокими скоростями , Что приводит к серьезному искажению сигнала и уменьшенной антиинтерференционной способности. Поэтому для решения проблемы отражения система ECL обычно использует другой метод: метод согласования импеданса линии. С помощью этого метода можно контролировать отражение, целостность сигнала гарантия.
Строго говоря, линии передачи не очень нужны для обычных TTL и CMOS-устройств с более медленными скоростями, а линии передачи не всегда нужны для высокоскоростных устройств ECL с более высокими скоростями, но при использовании линий передачи , Они имеют преимущество предсказывать задержки соединения и управлять отражениями и колебаниями через согласование импеданса.
1, основными факторами, определяющими, следует ли принимать линию передачи, являются следующие пять:
(1) системный сигнал по скорости,
(2) расстояние соединения;
(3) емкостная нагрузка (из-за большого количества вентилятора)
(4) резистивная нагрузка (оконечная нагрузка);
(5) Допустимый процент отдачи и перерегулирования (снижение иммунитета переменного тока).
2, несколько типов линий передачи
(1) Коаксиальный кабель и витая пара: они часто используются в системе и подключении к системе. Сопротивление полного сопротивления кабеля обычно составляет 50 Ом и 75 Ом, витая пара обычно составляет 110 Ом.
(2) Печатная плата на микрополосковой линии
Микрополосковая линия представляет собой полосковый проводник (сигнальная линия), который отделен от поверхности земли диэлектриком. Если толщина линии, ширина и расстояние от плоскости заземления управляемы, ее характеристический импеданс Является также управляемым. Характеристический импеданс Z0 микрополосковой линии:
(3) линия полосы на печатной плате
Полосковая линия представляет собой полосу медной ленты в середине диэлектрика между двумя проводящими плоскостями. Если толщина и ширина линии, диэлектрическая проницаемость среды и расстояние между двумя проводящими плоскостями управляемы, то характеристики линии Импеданс также контролируется, характеристический импеданс полосковой линии:
3, оконечная линия передачи
Прекращение линии на приемном конце с сопротивлением, равным характеристическому импедансу линии, означает, что линия передачи является параллельной оконечной нагрузкой, которая используется в основном для получения наилучших электрических характеристик, включая управление распределенной нагрузкой.
Иногда для экономии энергопотребления серия из 104 конденсаторов соединена последовательно с согласующим резистором для формирования цепи прерывания переменного тока, которая может эффективно уменьшить потерю постоянного тока.
Резистор соединен последовательно между драйвером и линией передачи, а окончания линии больше не подключены к согласующему резистору, этот метод завершения называется завершающим последовательно. Перегрузка и звон на более длинных линиях доступны с последовательным демпфированием или последовательным окончанием Технология контроля затухания серии - это использование приводного затвора в серии с небольшим сопротивлением (обычно 10 ~ 75 Ом) для достижения этого демпфирующего метода подходит для импеданса, связанного с управлением линии, связанной с (например, проводкой пола, Нет платы заземления, большая часть обмотки и так далее.
Сумма значения сопротивления серии и выходного импеданса схемы (приводного затвора) равна характеристическому импедансу линии передачи при завершении последовательного соединения. Соединение с последовательным соединением имеет тот недостаток, что терминал может использовать только сосредоточенную нагрузку, а время задержки передачи велико. Однако, Этого можно преодолеть, используя дополнительные линии передачи тандемного окончания.
4, линия без прерывания
Если линейная задержка намного короче, чем время нарастания сигнала, можно использовать линию передачи без последовательного или параллельного завершения. Если нетерминальное соединение имеет двухстороннюю задержку (сигнал проходит один раз на линии передачи) Время нарастания сигнала короткое, тогда отдача из-за отсутствия конца составляет приблизительно 15% от логического колебания. Максимальная длина открытого контура приблизительно равна:
Lmax Где: tr для времени нарастания
tpd - время задержки передачи на единицу длины линии
5, несколько способов сравнения завершения
Параллельное завершение и окончание серии имеют свои преимущества, которые используются один или два, в зависимости от хобби и системных требований дизайнера.
Основным преимуществом параллельного завершения является то, что система работает быстро и что сигнал передается без изменений по проводу. Долгосрочная нагрузка не влияет на задержку распространения затвора привода, управляющего длинной линией, и не влияет на его скорость фронта сигнала, Задержка распространения сигнала вдоль длинной линии увеличивается. При движении большого разгона нагрузки можно распределять по короткозамкнутым линиям ветвления, а не к терминалу, где нагрузка должна быть сгруппирована вместе, как при последовательном завершении.
Метод завершения серии позволяет схеме приводить в действие несколько параллельных линий нагрузки. Задержка завершения серии из-за емкостной нагрузки примерно вдвое больше, чем у соответствующей параллельной оконечной нагрузки, тогда как для коротких линий край Однако перекрестные помехи терминации серии меньше, чем у параллельного завершения. Основная причина заключается в том, что амплитуда сигнала, передаваемого вдоль окончания серии, составляет лишь половину логического колебания, и поэтому Ток переключения составляет всего половину параллельного завершения коммутирующего тока, энергия сигнала - небольшие перекрестные помехи.
PCB - это выбор двухсторонней платы или многослойной платы, которая зависит от максимальной рабочей частоты и сложности системы цепей и требований к плотности сборки для решения. Если тактовая частота более 200 МГц предпочтительна для использования многослойной платы. Если рабочая частота превышает 350 МГц , Лучший выбор для использования ПТФЭ в качестве диэлектрического слоя печатной платы из-за его высокочастотного затухания, чтобы быть меньшим, меньшей паразитной емкостью, скорость передачи должна быть быстрее, но также из-за большего Z0 и потребления энергии , Выравнивание печатной платы имеет следующие принципы и требования:
(1) Все параллельные сигнальные линии должны храниться как можно больше, чтобы уменьшить перекрестные помехи. Если есть две сигнальные линии близко друг к другу, лучше всего взять линию заземления между двумя линиями, чтобы экранировать эффект.
(2) Проектная линия передачи сигнала, чтобы избежать острых углов, чтобы предотвратить характеристики линии передачи внезапных изменений отражения импеданса, насколько это возможно, чтобы иметь однородную дугу определенного размера.
(3) Ширина печатной линии может быть рассчитана в соответствии с формулой расчета характеристического импеданса линии микрополосковой линии и полосы, а характеристический импеданс микрополосковой линии на печатной плате обычно составляет от 50 до 120 Ом. Импеданс, ширина линии должна быть очень узкой, но очень тонкие линии нелегко сделать. В соответствии с различными факторами общий выбор значения импеданса около 68 Ом более уместен, поскольку выбор характеристического импеданса 68 Ом, времени задержки и потребления энергии Чтобы достичь наилучшего баланса между собой. Линия передачи 50 Ом будет потреблять больше энергии, большее сопротивление может снизить потребление энергии, но приведет к тому, что время задержки передачи будет ненароком. Из-за отрицательной емкости линии будет увеличиваться время задержки передачи и Однако внутренняя емкость на единицу длины сегмента линии с низким характеристическим импедансом относительно велика, поэтому время задержки распространения и характеристический импеданс меньше зависят от емкости нагрузки. Одной из важных особенностей правильно завершенной линии передачи является то, что ветвь Краткосрочное время задержки в режиме реального времени не должно иметь эффекта. Если Z0 составляет 50 Ом, длина коротких ветвей должна быть ограничена до 2,5 см, чтобы избежать большого звонка.
(4) Для двухсторонней платы (или четырехслойной платы, идущей на четыре линии). Плата на обеих сторонах линии перпендикулярна друг другу, чтобы предотвратить взаимное перекрестное соединение друг с другом.
(5) Печатная плата, если она оснащена сильноточными устройствами, такими как реле, огни, громкоговорители и т. Д., Позволяет разделить землю отдельно, чтобы уменьшить шум на земле, эти сильноточные устройства должны быть заземлены Подключите к отдельной шине заземления на плате и объединительной панели, и эти отдельные линии заземления должны быть подключены к земле всей системы.
(6) Если на плате есть небольшой усилитель сигнала, линия слабого сигнала перед усилением должна быть подальше от сильной сигнальной линии, а проводка должна быть как можно короче, и, если возможно, она должна быть экранирована заземляющим проводом.