Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Zuverlässigkeit Design von High Speed DSP System PCB Board
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Zuverlässigkeit Design von High Speed DSP System PCB Board

Zuverlässigkeit Design von High Speed DSP System PCB Board

2022-07-20
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Author:pcb

Die Eigenschaften des Hochgeschwindigkeits-DSP-Systems Leiterplatte und einige Aspekte, die bei der Zuverlässigkeitsplanung beachtet werden sollten, einschließlich Netzteildesign, Software und Hardware Anti-Jamming Design, Auslegung der elektromagnetischen Verträglichkeit, Design der Wärmeableitung, und die Verdrahtungsmethode wichtiger Signalleitungen von Hochgeschwindigkeitsschaltungen, Jedes Design effizienter machen. Angemessene und einfache Umsetzung. Aufgrund der rasanten Entwicklung der Mikroelektronik-Technologie, Das digitale elektronische System, das aus IC-Chips besteht, entwickelt sich schnell in Richtung Großmaßstab, kleines Volumen, und hohe Geschwindigkeit, und die Entwicklungsgeschwindigkeit wird immer schneller. Der Einsatz neuer Geräte führt zu hoher Schaltungsdichte im modernen EDA-Design, und die Frequenz der Signale ist auch sehr hoch. Mit dem Einsatz von Hochgeschwindigkeitsgeräten, diere will be more and more high-speed DSP (digital signal processing) system designs. Das Signalproblem wird in Konstruktionen, die durch ständig steigende Systemdatenraten gekennzeichnet sind, zu einem bedeutenden Thema, Taktraten, und Schaltungsdichten, und deren Leiterplatte so ausgelegt ist, dass sie ein sehr anderes Verhalten als bei niedrigen Geschwindigkeiten aufweist, das ist, Probleme mit der Signalintegrität, Störungsschwerpunkte, Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit, und so weiter. Diese Probleme können Signalverzerrungen verursachen oder direkt hervorrufen, Zeitfehler, falsche Daten, Adresse, und Steuerleitungen, Systemfehler und sogar Systemabstürze. Wenn sie nicht richtig gelöst werden, Sie werden die Systemleistung ernsthaft beeinträchtigen und unermessliche Verluste bringen. Die Lösung dieser Probleme hängt hauptsächlich vom Schaltungsdesign ab. Daher, die Designqualität der Leiterplatte ist sehr wichtig, und es ist der einzige Weg, das Designkonzept in die Realität umzusetzen. Im Folgenden werden einige Fragen erörtert, die in der Leiterplatte Zuverlässigkeitsdesign in Hochgeschwindigkeits-DSP-Systemen.

Leiterplatte

Power Design

Das erste, was bei der Entwicklung eines Hochgeschwindigkeits-DSP-Systems zu beachten ist Leiterplatteist das Netzteildesign. In der Stromversorgungsentwicklung, Die folgenden Methoden werden häufig verwendet, um Signalintegritätsprobleme zu lösen.


Erwägen Sie die Entkopplung von Strom und Boden

Mit der Erhöhung der DSP-Betriebsfrequenz neigen DSP und andere IC-Komponenten dazu, miniaturisiert und dicht verpackt zu werden. In der Regel werden mehrschichtige Platinen beim Schaltungsdesign berücksichtigt. Es wird empfohlen, dass eine dedizierte Schicht sowohl für die Stromversorgung als auch für die Erdung verwendet werden kann. Zum Beispiel unterscheidet sich die I/O-Versorgungsspannung von DSP von der Kernspannung, so dass zwei verschiedene Versorgungsschichten verwendet werden können. Wenn man die hohen Verarbeitungskosten von Mehrschichtplatinen betrachtet, kann eine spezielle Schicht für die Stromversorgung mit mehr Verdrahtung oder relativ kritischer Stromversorgung verwendet werden, und andere Versorgungsschichten können verwendet werden. Die Stromversorgung kann auf die gleiche Weise wie die Signalleitungen geführt werden, aber achten Sie auf die Breite der Leitungen. Unabhängig davon, ob die Leiterplatte eine spezielle Masseschicht und Stromversorgungsschicht aufweist, muss eine bestimmte und vernünftig verteilte Kapazität 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 platziert werden, das heißt auf der Schweißoberfläche. Der Chipkondensator wird mit einem breiten Draht an das Loch angeschlossen und durch das Loch mit der Stromversorgung und der Masseschicht verbunden.


Verdrahtungsregeln unter Berücksichtigung der Stromverteilung

Getrennte analoge und digitale Leistungsebene: Hochgeschwindigkeits- und hochpräzise analoge Komponenten reagieren empfindlich auf digitale Signale. Zum Beispiel verstärkt der Verstärker das Schaltrauschen und macht es nahe am Pulssignal, so dass in den analogen und digitalen Teilen der Platine die Leistungsebene im Allgemeinen getrennt werden muss.


Isolierung empfindlicher Signale: Einige empfindliche Signale (z. B. Hochfrequenzwerke) sind besonders empfindlich gegenüber Störgeräuschen, und für sie sollten hochgradige Isolationsmaßnahmen ergriffen werden. Hochfrequenz-Uhren (Uhren über 20MHz oder Uhren mit einer Flip-Zeit unter 5ns) müssen von Erdungskabeln begleitet werden. Die Breite des Uhrdrahtes beträgt mindestens 10 mil, und die Breite des begleiteten Erdungsdrahtes beträgt mindestens 20 mil. Das Loch ist in gutem Kontakt mit der Schicht, und alle 5cm durch Löcher werden gemacht, um mit der Schicht zu verbinden; Ein Dämpfungswiderstand von 22Ω bis 220Ω muss auf der Sendeseite in Reihe geschaltet werden. Störungen durch Signalrauschen dieser Leitungen können vermieden werden.


Software- und Hardware-Anti-Interferenz-Design: Im Allgemeinen wird die Leiterplatte eines Hochgeschwindigkeits-DSP-Anwendungssystems vom Benutzer entsprechend den spezifischen Anforderungen des Systems entworfen. Aufgrund begrenzter Konstruktionsfähigkeiten und Laborbedingungen führen die unbefriedigende Arbeitsumgebung und elektromagnetische Interferenzen, wenn keine vollständigen und zuverlässigen Interferenzmaßnahmen ergriffen werden, zu Störungen im DSP-Programmablauf. Wenn der normale Funktionscode von DSP nicht wiederhergestellt werden kann, läuft das Programm weg oder stürzt ab und sogar einige Komponenten werden beschädigt. Es sollte darauf geachtet werden, entsprechende Interferenzmaßnahmen zu treffen.


Hardware Anti-Jamming Design: 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-Techniken können wie folgt zusammengefasst werden:

(1) Hardwarefilterung: RC-Filter können verschiedene hochfrequente Störsignale stark schwächen. Wie kann die Störung "Glitch" unterdrücken.

(2) Angemessene Erdung: Angemessene Auslegung des Erdungssystems. Bei digitalen und analogen Hochgeschwindigkeitsschaltsystemen ist es sehr wichtig, eine niederohmige, großflächige Masseebene zu haben. Die Masseschicht kann nicht nur einen niederohmigen Rückweg für Hochfrequenzstrom bereitstellen, sondern auch EMI und RFI kleiner machen und auch eine Abschirmwirkung auf externe Störungen haben. Trennen Sie beim Entwerfen der Leiterplatte die analoge Masse und die digitale Masse.

(3) Abschirmungsmaßnahmen: Die Funken, die durch Wechselstrom, Hochfrequenzleistung, starke elektrische Ausrüstung und Bögen erzeugt werden, erzeugen elektromagnetische Wellen und werden zu Geräuschquellen elektromagnetischer Störungen. Die oben genannten Geräte können von Metallschalen umgeben und dann geerdet werden. Störung durch elektromagnetische Induktion ist sehr effektiv.

(4) Optische Isolierung: Optische Isolatoren können gegenseitige Interferenzen zwischen verschiedenen Leiterplatten effektiv vermeiden. Optische Hochgeschwindigkeits-Isolatoren werden häufig in der Schnittstelle von DSP und anderen Geräten (wie Sensoren, Schalter usw.) verwendet.


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 voll ausgenutzt werden, um den Einfluss von Interferenzen zu unterdrücken. 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 umfassen Medianfilterung, arithmetische Mittelwertfilterung usw.

(2) Trap setzen: Setzen Sie ein Boot-Programm im nicht genutzten Programmbereich. Wenn das Programm gestört ist und in diesen Bereich springt, führt das Boot-Programm das gewaltsam erfasste Programm an die angegebene Adresse, wo ein spezielles Programm verwendet wird, um das fehlerhafte Programm zu korrigieren. zu verarbeiten.

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

(4) Setzen Sie das Watchdog-Timing: Wenn das außer Kontrolle geratene Programm in eine "unendliche Schleife" eintritt, wird normalerweise die "Watchdog"-Technologie verwendet, um das Programm aus der "unendlichen Schleife" herauszukommen. Das Prinzip besteht darin, einen Timer zu verwenden, der einen Impuls entsprechend der eingestellten Periode erzeugt. Wenn Sie diesen Impuls nicht erzeugen möchten, sollte der DSP den Timer innerhalb einer Zeit weniger als der eingestellte Zeitraum löschen; Aber wenn das DSP-Programm läuft, wird es nicht verwendet. Der Timer wird gemäß den Vorschriften gelöscht, so dass der vom Timer erzeugte Impuls als DSP-Reset-Signal verwendet wird, um den DSP zurückzusetzen und erneut zu initialisieren.


Elektromagnetische Verträglichkeit Design: Elektromagnetische Verträglichkeit bezieht sich auf die Fähigkeit elektronischer Geräte, normal in komplexen elektromagnetischen Umgebungen zu arbeiten. Der Zweck des elektromagnetischen Kompatibilitätsdesigns besteht darin, elektronische Geräte nicht nur verschiedene externe Störungen zu unterdrücken, sondern auch die elektromagnetischen Störungen elektronischer Geräte auf andere elektronische Geräte zu reduzieren. In der eigentlichen Leiterplatte gibt es mehr oder weniger elektromagnetische Störungen zwischen benachbarten Signalen, das heißt Übersprechen. Die Größe des Übersprechens hängt von der verteilten Kapazität und der verteilten Induktivität zwischen den Schleifen ab. Folgende Maßnahmen können ergriffen werden, um die gegenseitigen elektromagnetischen Störungen zwischen solchen Signalen zu lösen:


Wählen Sie eine vernünftige Drahtbreite: Die Schlagstörung, die durch den transienten Strom auf dem gedruckten Draht verursacht wird, wird hauptsächlich durch die Induktivitätskomponente des gedruckten Drahtes verursacht, und seine Induktivität ist proportional zur Länge des gedruckten Drahtes und umgekehrt proportional zur Breite. Daher ist es vorteilhaft, kurze und breite Drähte zu verwenden, um Störungen zu unterdrücken. Taktleitungen und Signalleitungen von Busfahrern haben oft große transiente Ströme, und ihre gedruckten Leiter sollten so kurz wie möglich sein. Für diskrete Komponentenschaltungen kann die Breite der gedruckten Drähte die Anforderungen an etwa 1,5mm erfüllen; Bei integrierten Schaltungen wird die Breite der gedruckten Drähte zwischen 0,2mm und 1,0mm gewählt. Die gitterförmige Verdrahtungsstruktur wird übernommen. Die spezifische Methode besteht darin, horizontal auf der ersten Schicht der Leiterplatte der Leiterplatte zu routen und die nächste Schicht vertikal zu routen.


Wärmeableitung Design: Um die Wärmeableitung zu erleichtern, die Leiterplatte wird unabhängig installiert, und der Brettabstand sollte größer als 2cm sein. Zur gleichen Zeit, Achten Sie auf die Anordnungsregeln der Komponenten auf der Leiterplatte. In horizontaler Richtung, Die Hochleistungsgeräte sind möglichst nah am Rand der Leiterplatte angeordnet, dadurch verkürzt sich der Wärmeübertragungsweg; in vertikaler Richtung, Die Hochleistungsgeräte sind so nah wie möglich an der Oberseite der Leiterplatte angeordnet, Dadurch wird der Einfluss auf die Temperatur anderer Komponenten reduziert. Bauteile, die empfindlicher auf Temperatur reagieren, sollten in Bereichen platziert werden, in denen die Temperatur relativ niedrig ist, und kann nicht direkt über den Geräten mit hoher Wärmeerzeugung platziert werden. Bei der Entwicklung eines Hochgeschwindigkeits-DSP-Anwendungssystems, Wie man das perfekte Design von der Theorie in die Realität umsetzt, hängt von einer hohen Qualität ab. Leiterplatte. Die Betriebsfrequenz der DSP-Schaltung wird immer höher und höher, Die Pins werden dichter und die Interferenz nimmt zu. , Wie die Qualität des Signals zu verbessern ist sehr wichtig. Daher, Ob die Leistung des Systems gut ist, ist untrennbar mit der Qualität des Designers verbunden. Leiterplatte.