Elektronisches Design - Reliability Design Analyse der Leiterplatte im DSP System

Mit dem Einsatz von Hochgeschwindigkeitsgeräten, there will be more and more high-speed DSP (digital signal processing) system designs, Signalprobleme in Hochgeschwindigkeits-DSP-Anwendungssystemen sind zu einem wichtigen Designproblem geworden. In diesem Design, seine Eigenschaft ist, dass die Systemdatenrate, Taktrate und Schaltungsdichte steigen ständig, und das Design seiner Leiterplatte zeigt völlig andere Verhaltensmerkmale als das Low-Speed-Design, das ist, Probleme mit der Signalintegrität und verschärfte Störungen treten auf., Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit, etc.

Diese Probleme können Signalverzerrungen, Zeitfehler, falsche Daten, Adress- und Steuerleitungen, Systemfehler und sogar Systemabstürze verursachen oder direkt verursachen. Das Versäumnis, sie zu lösen, wird die Systemleistung ernsthaft beeinträchtigen und unermessliche Verluste mit sich bringen. Die Methode zur Lösung dieser Probleme hängt hauptsächlich vom Schaltungsdesign ab. Daher ist die Designqualität der Leiterplatte sehr wichtig. Nur so lässt sich das optimale Designkonzept in die Realität umsetzen. Im Folgenden werden einige Probleme diskutiert, die beim Zuverlässigkeitsdesign von Leiterplatten in Hochgeschwindigkeits-DSP-Systemen beachtet werden sollten.

1. Entwurf der Stromversorgung

Hochgeschwindigkeits-DSP-System Leiterplattendesign first needs to consider the power supply design problem. In der Stromversorgungsentwicklung, Die folgenden Methoden werden normalerweise verwendet, um Signalintegritätsprobleme zu lösen.

1. Betrachten Sie die Entkopplung von Strom und Boden

Unabhängig davon, ob die Leiterplatte eine dedizierte Masseschicht und Leistungsschicht hat, muss ein bestimmter und vernünftig verteilter Kondensator zwischen der Stromversorgung und der Masse hinzugefügt werden. Um Platz zu sparen und die Anzahl der Durchgangslöcher zu reduzieren, wird empfohlen, mehr Chipkondensatoren zu verwenden. Der Chipkondensator kann auf der Rückseite der Leiterplatte, also der Lötfläche, platziert werden.

Der Chipkondensator ist mit dem Durchgangsloch mit einem breiten Draht verbunden und mit der Stromversorgung und der Masse durch das Durchgangsloch verbunden.

2. Verdrahtungsregeln unter Berücksichtigung der Energieverteilung

getrennte analoge und digitale Leistungsschichten

Hochgeschwindigkeits- und hochpräzise analoge Komponenten reagieren sehr empfindlich auf digitale Signale. Zum Beispiel verstärkt der Verstärker das Schaltrauschen, um es nahe am Pulssignal zu machen, so dass die analogen und digitalen Teile der Platine, die Leistungsschicht im Allgemeinen getrennt werden muss.

3. Sensible Signale isolieren

Einige empfindliche Signale (z. B. Hochfrequenz-Uhren) sind besonders empfindlich gegenüber Störgeräuschen, und es müssen hohe Isolationsmaßnahmen ergriffen werden. Die Hochfrequenz-Uhr (eine Uhr über 20MHz oder eine Uhr mit einer Flip-Zeit von weniger als 5ns) muss eine Massedraht-Eskorte haben, die Taktleitungsbreite sollte mindestens 10mil und die Begleiterdrahtbreite sollte mindestens 20mil sein. Das Loch ist in gutem Kontakt mit dem Boden, und jede 5cm wird gestanzt, um sich mit dem Boden zu verbinden; Ein 22Ω～220Ω Dämpfungswiderstand muss in Reihe auf der Taktsendeseite angeschlossen werden. Die Störungen, die durch das Signalrauschen dieser Leitungen verursacht werden, können vermieden werden.

2. Software und Hardware Anti-jamming Design

Im Allgemeinen werden Hochgeschwindigkeits-DSP-Anwendungssystem-Leiterplatten von Benutzern entsprechend den spezifischen Anforderungen des Systems entworfen. Aufgrund begrenzter Konstruktionsfähigkeiten und Laborbedingungen, wenn perfekte und zuverlässige Anti-Interferenzmaßnahmen nicht ergriffen werden, sobald die Arbeitsumgebung nicht ideal ist, gibt es elektromagnetische Interferenzen, die dazu führen, dass der DSP-Programmfluss gestört wird. Wenn der normale Funktionscode des DSP nicht wiederhergestellt werden kann, läuft das Programm ab oder stürzt ab und einige Komponenten können sogar beschädigt werden. Es sollte darauf geachtet werden, entsprechende Interferenzmaßnahmen zu treffen.

1. Interferenzsicherung der Hardware

Die Hardware Anti-Jamming Effizienz ist hoch. Wenn Systemkomplexität, Kosten und Volumen erträglich sind, wird das Hardware-Anti-Jamming-Design bevorzugt. Häufig verwendete Hardware-Anti-Jamming-Technologien können wie folgt zusammengefasst werden:

(1) Hardwarefilterung: RC-Filter kann alle Arten hochfrequenter Störsignale stark abschwächen. Zum Beispiel kann die Störung von "Grat" unterdrückt werden.

(2) Angemessene Erdung: Angemessener Entwurf des Erdungssystems. Bei digitalen und analogen Hochgeschwindigkeitsschaltsystemen ist es wichtig, eine niederohmige, großflächige Erdungsschicht zu haben. Die Bodenschicht kann nicht nur einen niederohmigen Rückweg für hochfrequente Ströme bereitstellen, sondern auch EMI und RFI verkleinern und hat auch eine abschirmende Wirkung auf externe Störungen. Trennen Sie die analoge Masse von der digitalen Masse während des PCB-Designs.

(3) Abschirmungsmaßnahmen: Wechselstrom, Hochfrequenzleistung, Hochspannungsausrüstung und elektrische Funken, die durch Lichtbögen erzeugt werden, erzeugen elektromagnetische Wellen und werden zu Geräuschquellen elektromagnetischer Störungen. Metallschalen können verwendet werden, um die oben genannten Geräte zu umgeben und zu erden. Die Störung, die durch elektromagnetische Induktion verursacht wird, ist sehr effektiv.

2. Software-Anti-Jamming-Design

Software-Anti-Jamming hat den Vorteil, dass Hardware-Anti-Jamming nicht ersetzen kann. Im DSP-Anwendungssystem sollte die Anti-Jamming-Fähigkeit der Software auch vollständig abgegriffen werden, um den Einfluss von Interferenzen zu minimieren. Mehrere effektive Software Anti-Jamming Methoden sind unten angegeben.

(1) Digitalfilterung: Das Rauschen des analogen Eingangssignals kann durch digitale Filterung beseitigt werden. Häufig verwendete digitale Filtertechniken sind: Medianfilterung, arithmetische mittlere Filterung und so weiter.

(2) Trap setzen: Richten Sie einen Abschnitt des Boot-Programms im nicht verwendeten Programmbereich ein. Wenn das Programm gestört ist und in diesen Bereich springt, führt das Boot-Programm das aufgenommene Programm zwangsweise an die angegebene Adresse und verwendet ein spezielles Programm, um das Fehlerprogramm dort zu korrigieren. Zu verarbeiten.

(3) Instruktionsredundanz: Fügen Sie zwei oder drei Bytes der No-Operation-Anweisung NOP nach der Zwei-Byte-Anweisung und der Drei-Byte-Anweisung ein, die verhindern kann, dass das Programm automatisch in die richtige Spur gebracht wird, wenn das DSP-System durch das laufende Programm gestört wird.

Drei, elektromagnetische Verträglichkeit

Elektromagnetische Verträglichkeit bezieht sich auf die Fähigkeit elektronischer Geräte, normal in einer komplexen elektromagnetischen Umgebung zu arbeiten. Der Zweck des elektromagnetischen Kompatibilitätsdesigns ist es, elektronische Geräte zu ermöglichen, alle Arten von externen Störungen zu unterdrücken, aber auch, die elektromagnetischen Störungen elektronischer Geräte auf andere elektronische Geräte zu reduzieren. In der eigentlichen Leiterplatte gibt es mehr oder weniger elektromagnetische Störphänomene, das heißt Übersprechen zwischen benachbarten Signalen. Die Größe des Übersprechens hängt von der verteilten Kapazität und der verteilten Induktivität zwischen den Schleifen ab. Um diese Art gegenseitiger elektromagnetischer Störungen zwischen Signalen zu lösen, können folgende Maßnahmen ergriffen werden:

1. Wählen Sie eine angemessene Drahtbreite

Der Einfluss des transienten Stroms auf die gedruckten Leitungen wird hauptsächlich durch die Induktivität der gedruckten Drähte verursacht, und seine Induktivität ist proportional zur Länge der gedruckten Drähte und umgekehrt proportional zur Breite. Daher ist die Verwendung von kurzen und breiten Drähten vorteilhaft, um Interferenzen zu unterdrücken. Die Signaldrähte von Taktleitungen und Bustreibern haben oft große transiente Ströme, und ihre gedruckten Drähte sollten so kurz wie möglich sein. Für diskrete Komponentenschaltungen beträgt die gedruckte Drahtbreite etwa 1.5mm, um die Anforderungen zu erfüllen; Bei integrierten Schaltungen wird die Leiterbreite zwischen 0,2mm bis 1,0mm gewählt.

2. Nehmen Sie eine gitterförmige Verdrahtungsstruktur in einem Tic-Tac-Toe an.

Die spezifische Methode besteht darin, horizontal auf einer Schicht der Leiterplatte und vertikal auf der nächsten Schicht zu verdrahten.

Viertens, Entwurf der Wärmeableitung

Um die Wärmeableitung zu erleichtern, ist die Leiterplatte am besten alleine zu installieren, und der Plattenabstand sollte größer als 2cm sein. Achten Sie gleichzeitig auf die Layoutregeln der Komponenten auf der Leiterplatte. In horizontaler Richtung sind die Hochleistungsgeräte so nah wie möglich an der Kante der Leiterplatte angeordnet, um den Wärmeübertragungsweg zu verkürzen; In vertikaler Richtung sind die Hochleistungsgeräte so nah wie möglich an der Oberseite der Leiterplatte angeordnet, wodurch ihre Auswirkungen auf die Temperatur anderer Komponenten reduziert werden. Bauteile, die temperaturempfindlicher sind, sollten so weit wie möglich in Bereichen mit relativ niedriger Temperatur platziert werden und sollten nicht direkt über Geräten platziert werden, die große Wärmemengen erzeugen.

In the various designs of Hochgeschwindigkeits-DSP-Anwendungssystems, how to transform a perfect design from theory to reality depends on hochwertige Leiterplatte boards. Die Betriebsfrequenz von DSP-Schaltungen wird immer höher und höher, die Stifte werden dichter, und die Interferenz nimmt zu., How to improve the quality of the signal ist sehr wichtig. Daher, Ob die Leistung des Systems gut ist oder nicht, ist untrennbar mit der Qualität der Leiterplatte des Leiterplattendesigners.