Leiterplatte Blog - Eine High-Speed DSP PCB Board Anti-Jamming Design Technologie

In Bezug auf Leiterplattenanwendungen haben BGA-Pakete die Eigenschaften hoher Erfolgsrate, niedriger Reparaturrate und hoher Zuverlässigkeit und werden immer häufiger verwendet. Das heißt, das Design auf Platinenebene beinhaltet viele High-Speed-Digital-Schaltungstechniken. In Hochgeschwindigkeitssystemen ist die Erzeugung von Störeinflüssen der Einflussfaktor, und Hochfrequenzschaltungen erzeugen auch Strahlung und Kollisionen, während schnellere Kantenraten Klingeln, Reflexionen und Übersprechen erzeugen. Wenn die Besonderheit des Hochgeschwindigkeitssignallayouts und der Verkabelung nicht berücksichtigt wird, funktioniert die entworfene Leiterplatte nicht richtig. Daher ist das erfolgreiche Design der Leiterplatte ein sehr kritisches Glied im DSPs-Schaltungsdesignprozess.

1. Übertragungsleitungseffekt1.1 SignalintegritätDie Signalintegrität umfasst hauptsächlich Reflexion, Klingeln, Ground Bounce und Übersprechen. Die Leiterbahnen auf der Leiterplatte können den Reihen- und Parallelstrukturen von Kondensatoren, Widerständen und Induktivitäten entsprechen, die in Abbildung 1 gezeigt werden. Typischer Wert des Serienwiderstands 0.25D./ R-4). 55DJft, der Parallelwiderstand ist in der Regel sehr hoch. Nachdem der eigentlichen PCB-Verbindung parasitärer Widerstand, Kapazität und Induktivität hinzugefügt wurde, wird die Endimpedanz auf der Verbindung die charakteristische Impedanz zo genannt. Wenn die Impedanz der Übertragungsleitung und des Empfangsenden nicht übereinstimmen, kann dies zu Reflexionen und Schwingungen des Signals führen. Äquivalente Schaltung von Leiterplatten-Leiterbahnen: Änderungen in der Routinggeometrie, falsche Kabelabschlüsse, Übertragung durch Steckverbinder und Unterbrechungen in der Leistungsebene können Reflexionen verursachen. Überschuss und Unterschießen werden erzeugt, wenn sich das Signal an den steigenden und fallenden Kanten des Pegels ändert, was sofort Störungen erzeugt, die höher oder niedriger als der stabile Pegel sind, die das Gerät leicht beschädigen können. Klingeln und Klingeln des Signals werden durch falsche Induktivität bzw. Kapazität auf der Leitung verursacht. Klingeln kann durch ordnungsgemäße Beendigung reduziert werden. Wenn es einen großen Stromstoß in der Schaltung gibt, verursacht dies Erdprall. Wenn ein großer transienter Strom durch die Leistungsebene des Chips und der Platine fließt, verursachen die parasitäre Induktivität und der Widerstand zwischen dem Chippaket und der Leistungsebene Stromversorgungsgeräusche. Übersprechen ist ein Kopplungsproblem zwischen zwei Signalleitungen, und die gegenseitige Induktivität und gegenseitige Kapazität zwischen den Signalleitungen verursachen Rauschen auf der Leitung. Kapazitive Kupplung induziert Kupplungsstrom, während induktive Kupplung Kupplungsspannung induziert. Die Parameter der Leiterplattenschicht, der Abstand zwischen den Signalleitungen, die elektrischen Eigenschaften des Antriebs- und Empfangsenden und das Drahtabschlussverfahren haben alle einen bestimmten Einfluss auf das Übersprechen.

1.2 SolutionEinige Maßnahmen, die ergriffen werden müssen, um allgemeine Probleme zu lösen: Die Leistungsebene schränkt die Richtung des Stromflusses nicht ein, und die Rückleitung kann dem Pfad der Impedanz folgen, das heißt in der Nähe der Signalleitung. Dies könnte Stromschleifen bilden, was für ein Hochgeschwindigkeitssystem der richtige Weg wäre. Die Stromversorgungsschicht beseitigt jedoch nicht Leitungsaufwand, und wenn Sie nicht auf den Stromverteilungspfad achten, erzeugen alle Systeme Rauschen und verursachen Fehler. Daher sind spezielle Filter erforderlich, die durch Bypass-Kondensatoren realisiert werden. Im Allgemeinen ein Kondensator von 1 bis 1Op. F wird auf dem Leistungseingang Ende der Platine platziert, und ein Kondensator von 0.01p. F bis U0.1 wird zwischen den Power- und Massepunkten jedes aktiven Geräts auf der Platine platziert. Der Bypass-Kondensator wirkt wie ein Filter. Der große Kondensator (10aF) wird am Stromeingang platziert, um das niederfrequente (60Hz) Rauschen außerhalb der Platine herauszufiltern. Das Geräusch, das von den aktiven Komponenten auf der Platine erzeugt wird, liegt bei 100MHz oder höher. Um Oberschwingungen zu erzeugen, sind die Bypass-Kondensatoren zwischen jedem Chip normalerweise viel kleiner als die Kondensatoren am Stromeingang auf der Platine. Erfahrungsgemäß wird, wenn das Design mit analog und digital gemischt wird, die Leiterplatte in analoge und digitale Teile unterteilt, das analoge Gerät in den analogen Teil gelegt, das digitale Gerät in den digitalen Teil platziert und der A/D-Konverter über den Bereich platziert. Das analoge Signal und das digitale Signal werden in ihren jeweiligen Bereichen geroutet, um sicherzustellen, dass der Rückstrom des digitalen Signals nicht in die Masse des analogen Signals fließt. Bypass und Entkopplung sollen die Übertragung von Energie von einem Stromkreis zum anderen verhindern. Die Aufmerksamkeit sollte auf die drei Schaltungsbereiche der Stromversorgungsschicht, der unteren Leitungsschicht, der Komponenten und des internen Stromanschlusses gelegt werden. Versuchen Sie, die Breite des Netzteils und des Erdungskabels zu erweitern. Das Erdungskabel ist breiter als die Stromversorgungsleitung. "'0,07mm, Netzkabel ist 1,2"'2,5 n'Lrfl. Verwenden Sie eine großflächige Kupferschicht als Massedraht und verbinden Sie die ungenutzten Stellen auf der Leiterplatte als Massedraht mit der Masse. Oder machen Sie eine mehrschichtige Platine, Stromversorgung, Erdungskabel nehmen jeweils eine Schicht ein. Konfigurieren Sie einen 0.01 Kern Keramik Kondensator für jeden IC Chip. Ist der Platz der Leiterplatte zu klein, um Platz zu finden, kann für jeden 4-10 Chip ein 1-10 Kern Tantal Elektrolytkondensator konfiguriert werden. Die Hochfrequenz-Impedanz dieses Geräts ist besonders klein, und die Impedanz liegt im Bereich von 500kI-Iz-20MHz. Weniger als lQ, und der Leckstrom ist sehr klein (unter O.5LlA). Der Entkopplungsfilterkondensator muss in der Nähe des integrierten Stromkreises installiert sein und bestrebt sein, eine Kurzkondensatorleitung und einen kleinen transienten Stromschleifenbereich zu haben, insbesondere der Hochfrequenz-Bypass-Kondensator kann keine Leitung haben. Wenn das System bei 50MHz arbeitet, gibt es Übertragungsleitungseffekte und Signalintegritätsprobleme, und traditionelle Maßnahmen können verwendet werden, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen; und wenn die Systemuhr 120MHz erreicht, ist es notwendig, die Verwendung von High-Speed-Schaltungsdesignwissen zu berücksichtigen. Andernfalls basierend auf traditionellen Methoden Die entworfene Leiterplatte funktioniert nicht richtig. Daher ist das Hochgeschwindigkeits-PCB-Schaltungsdesign zu einer Designtechnologie geworden, die Elektroniksystemdesigner beherrschen müssen.2. PCB-Board High-Speed-Signal-Schaltungstechnologie2.1 High-Speed-Signal-RoutingDie Verwendung von Mehrschichtplatinen für High-Speed-Signalverdrahtung ist nicht nur für die Verdrahtung notwendig, sondern auch ein effektives Mittel, um Interferenzen zu reduzieren. Es ist notwendig, die Anzahl der Schichten vernünftig zu wählen, um die Größe der Leiterplatte zu verringern, die Zwischenschicht vollständig zu nutzen, um Abschirmung einzurichten und die nächste Erdung zu realisieren, die die parasitäre Induktivität effektiv reduzieren kann, die Signalübertragungslänge verkürzen, die Kreuzstörungen zwischen Signalen reduzieren kann usw., die alle für Hochgeschwindigkeitsschaltungen sehr wichtig sind. Die Zuverlässigkeit der Arbeit ist vorteilhaft. Nach einigen Daten ist das Rauschen der vierschichtigen Platine 20dB niedriger als das der doppelseitigen Platine, wenn dasselbe Material in den Proceedings of the 248 Achte Nationale Strahlungsresistente Elektronik und Elektromagnetische Pulsakademische Austauschkonferenz verwendet wird. Je weniger das Blei gebogen wird, desto besser. Es nimmt eine volle gerade Linie an und muss gedreht werden. Es kann durch eine 45-Grad-gebrochene Linie oder einen Lichtbogen gedreht werden, der die externe Emission und gegenseitige Kopplung von Hochgeschwindigkeitssignalen verringern und die Strahlung und Reflexion von Signalen reduzieren kann. Die Leitungen zwischen den Pins von Hochgeschwindigkeitsschaltgeräten sollten so kurz wie möglich sein. Je länger der Führungsdraht ist, desto größer sind die verteilte Induktivität und die verteilte Kapazität, die Reflexion und Oszillation im Hochgeschwindigkeitsschaltsystem verursachen. Je geringer der Wechsel der Bleischichten zwischen den Pins von Hochgeschwindigkeitsschaltgeräten ist, desto besser, d.h. je weniger Durchkontaktierungen im Komponentenverbindungsprozess verwendet werden, desto besser. Gemäß Messung kann ein Durchgangsloch 0,5pF verteilter Kapazität bewirken, was zu einer signifikanten Erhöhung der Verzögerung der Schaltung führt. Bei der Hochgeschwindigkeitsschaltverdrahtung sollte auf die "Querstörung" geachtet werden, die durch die parallele Verdrahtung von Signalleitungen in unmittelbarer Nähe verursacht wird. Wenn eine parallele Verteilung nicht vermieden werden kann, kann eine große Fläche "Masse" auf der gegenüberliegenden Seite der parallelen Signalleitungen angeordnet werden, um Störungen zu reduzieren. Auf zwei benachbarten Schichten müssen die Richtungen der Spuren senkrecht zueinander liegen. Für besonders wichtige Signalleitungen oder lokale Einheiten werden Maßnahmen zur Umgehung des Erdungskabels umgesetzt. Ein Schutzerdungskabel kann an der Peripherie angebracht werden, während die Signalspuren wie Taktsignale und analoge Hochgeschwindigkeitssignale nicht leicht gestört werden und die zu schützenden Signaldrähte in der Mitte eingeklemmt werden können. Verschiedene Signalspuren können keine Schleifen bilden, und Erdungskabel können keine Stromschleifen bilden. Wenn eine Schleife Verdrahtungsschaltung erzeugt wird, verursacht dies große Störungen im System. Mit Daisy-Chain-Verdrahtung können Schleifen während der Verdrahtung effektiv vermieden werden. Ein oder mehrere Hochfrequenz-Entkopplungskondensatoren sollten in der Nähe jedes IC-Blocks platziert werden. Hochfrequenz-Drosselverbindungen sollten verwendet werden, wenn analoge Erdungskabel, digitale Erdungskabel usw. an öffentliche Erdungskabel angeschlossen sind. Einige Hochgeschwindigkeitssignalleitungen sollten speziell behandelt werden: Differentialsignale müssen auf derselben Ebene und möglichst nahe an parallelen Leiterbahnen liegen, es dürfen keine Signale zwischen differentialen Signalleitungen eingefügt werden und sie müssen gleich lang sein. Hochgeschwindigkeits-Signalrouting sollte versuchen, Äste oder Stümpfe zu vermeiden. Hochfrequente Signalleitungen neigen dazu, große elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, wenn sie auf der Oberflächenschicht laufen. Wenn die Hochfrequenzsignalleitungen zwischen der Stromversorgung und der Erdungsleitung geführt werden, wird die erzeugte Strahlung durch die Absorption elektromagnetischer Wellen durch die Stromversorgung und die untere Schicht stark reduziert.2.2 Hochgeschwindigkeits-TaktsignalleitungUhrschaltungen spielen eine wichtige Rolle in digitalen Schaltungen. C64xDSP ist ein Mitglied der C6000 Plattform, die eine ausreichend hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit hat. Die High-Speed-Uhr von C64xDSP kann 1,1GHz erreichen, was lO-mal die des frühen C62xDSP ist. Daher werden im zukünftigen Anwendungsdesign des modernen elektronischen Systems DSP die Anforderungen an die Uhrverdrahtung immer höher sein. Die Priorität der Hochgeschwindigkeits-Taktsignalleitung. Im Allgemeinen muss bei der Verdrahtung der Haupttaktsignalleitung des Systems Priorität eingeräumt werden. Die Signalfrequenz der Hochgeschwindigkeits-Taktsignalleitung ist hoch, und die Spuren müssen so kurz wie möglich sein, um die Verzerrung des Signals sicherzustellen. Hochfrequenzwerke reagieren besonders empfindlich auf Störgeräusche. Es ist notwendig, die hochfrequenten Taktsignalleitungen zu schützen und abzuschirmen, um Störungen zu reduzieren. Hochfrequenz-Uhren (Uhren über 20MHz oder Uhren mit einer steigenden Kante von weniger als 5ns) müssen von Erdungsdrähten begleitet werden, die Linienbreite der Uhr beträgt mindestens 10rail und die Linienbreite des begleiteten Erdungsdrahts beträgt mindestens 20mil. Die beiden Enden des schützenden Erdungskabels der Hochfrequenzsignalleitung müssen durch Durchgänge in gutem Kontakt mit dem Boden sein, und Durchgangslöcher sollten gebohrt werden, um sich mit dem Boden alle 5cm oder so zu verbinden; Die Erdungskabeleskorte und das Datenkabel sind im Grunde die gleiche Länge, und manuelle Verkabelung wird empfohlen; Die Sendeseite der Uhr muss mit der Erde verbunden sein. Schließen Sie einen Dämpfungswiderstand von etwa 22 bis 220Q an. Das Hochgeschwindigkeits-Taktsignal-Spurendesign sollte so weit wie möglich auf der gleichen Schicht ausgelegt sein, und es sollte keine anderen Störquellen und Spuren um die Hochgeschwindigkeits-Taktsignalspur herum geben. Es wird empfohlen, Sternverbindung oder Punkt-zu-Punkt-Verbindung für Hochfrequenz-Taktverbindung zu verwenden. Bei der Verwendung von T-Anschluss ist es notwendig, die gleiche Armlänge zu gewährleisten und die Anzahl der Überbohrungen zu minimieren. Kupfer sollte unter dem Kristalloszillator oder Uhrchip aufgetragen werden, um Interferenzen zu vermeiden. Vermeiden Sie Störungen, die durch Signalrauschen verursacht werden, das durch diese Leitungen eingeführt wird. Bei Hochgeschwindigkeitssignalverdrahtung und Hochgeschwindigkeitssignalverdrahtung ist es erforderlich, dass die Verdrahtung weniger offen und weniger verzweigt sein sollte, um Baumstümpfe, Signalreflexion und Kreuzwicklung zu vermeiden. Der Einfluss von Durchkontaktierungen und Baumstümpfen in Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten spiegelt sich nicht nur in der Auswirkung auf das Signal wider, sondern führt auch zu Änderungen der Impedanz der Drähte. Der Einfluss von Durchkontaktierungen und Stümpfen auf die Impedanz ist oft ein Problem, das Designer oft ignorieren. Um eine vernünftige Größe über Größe zu wählen. Zum Beispiel für 4-Schicht zu 10-Schicht Leiterplattendesign, sind die allgemeinen Wahlen 10mil/20mil (Bohren/Pad) oder 16mil/30mil Durchgänge. 8mil/18mil Vias können verwendet werden. Die Durchgänge für Leistung oder Masse können größer in der Größe betrachtet werden, um Impedanz zu reduzieren. Die Power- und Massepunkte sollten in der Nähe von Vias platziert werden, und die Leitungen zwischen den Vias und den Pins sollten so kurz wie möglich sein. Gleichzeitig sollten die Strom- und Masseleitungen so dick wie möglich sein, um die Impedanz zu reduzieren. High-Density System-on-Chips werden in BGA oder COB verpackt, und die Pin Pitch wird immer kleiner. Die Kugelneigung war bis zu 0,6mm niedrig und wird weiter abnehmen, was es unmöglich macht, traditionelle Routing-Tools zu verwenden, um Signalleitungen von verpackten Geräten zu führen. Gegenwärtig gibt es zwei Methoden, dieses Problem zu lösen: (1) Führen Sie die Signalleitung von der unteren Schicht durch das Durchgangsloch unter der Kugel; (2) Verwenden Sie extrem dünne Routing und Freiwinkelrouting Finden Sie einen Führungskanal im Kugelgitter-Array. Für solche hochdichten Geräte, die in BGA oder COB verpackt sind, ist es nur möglich, Verdrahtungsmethoden mit minimaler Breite und Platz zu verwenden. Nur auf diese Weise kann eine hohe Ausbeute und Zuverlässigkeit sichergestellt und die Anforderungen an Hochgeschwindigkeitsdesign erfüllt werden.2.3 Pad-Design von BGA-PaketMit der Entwicklung der Geräteverpackungstechnologie wird die relative Größe der Geräteverpackung kleiner und kleiner. Geräte der TMS320C6000-Serie haben bis zu 352-Pins, da die BGA-Pins dicht voneinander entfernt sind und die Durchkontaktierungen sehr nah an den Pins sind, was eine große Induktivität erzeugt. Es ist auch schädlich für Hochgeschwindigkeitssignale, also versuchen Sie, kleinere Löcher zu verwenden, wenn der BGA gestreut ist. Es gibt eine entsprechende Beziehung zwischen der Pad-Größe des BGA und dem Pin-Abstand des BGA, aber es kann nicht größer sein als der Durchmesser der BGA-Stiftkugel, normalerweise etwa 1/10~1/5 davon. Die Vias und Pads neben den BGA-Pads müssen gesteckt und mit grünem Öl auf der Bauteiloberfläche bedeckt werden. Zum BGA-Löten können in der umgebenden 2era.3 keine weiteren Geräte auftreten. SchlussfolgerDigitale Signalprozessoren sind Signalverarbeitung, und mit der Popularisierung von Hochfrequenzgeräten nimmt die Dichte der Leiterplatten zu, die Interferenzen steigen, und die Verbesserung der Signalqualität hat die primäre Position des Designs erwähnt. Das Leiterplattendesign von Hochgeschwindigkeits-DSPs ist ein sehr komplizierter Designprozess. Es gibt viele Faktoren, die bei der Entwicklung von Hochgeschwindigkeitsstrecken berücksichtigt werden müssen, und diese Faktoren entsprechen einander. Wenn Hochgeschwindigkeitsgeräte nahe beieinander platziert werden, obwohl die Verzögerung reduziert werden kann, können Übersprechen und erhebliche thermische Effekte auftreten; Wenn Sie Hochgeschwindigkeitssignale routen, versuchen Sie, Hochgeschwindigkeitssignale auf der inneren Schicht zu routen und weniger Durchgänge zu machen. Es ist auch ein Widerspruch. Daher ist es bei der Konstruktion notwendig, verschiedene günstige Faktoren umfassend zu berücksichtigen, um ein umfassendes Schaltungsdesign zu erstellen. Nur so kann eine hochwertige Leiterplatte mit starker Störfestigkeit, stabiler Leistung und hoher Echtzeitleistung entworfen werden.