Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Anti-jamming Design der Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte für DSP
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Anti-jamming Design der Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte für DSP

2022-08-03
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Author:pcb

With die wide application of DSP (Digital Signal Processor), das Design einer Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitung Leiterplatte basierend auf DSP ist besonders wichtig. In einem DSP-System, Die Betriebsfrequenz des DSP-Mikroprozessors kann bis zu Hunderten von MHz betragen, und seine Reset-Linie, Unterbrechungsleitung und Steuerleitung, Schalter mit integriertem Schaltkreis, hochpräzise A/D Umwandlungsschaltung, und Schaltungen, die schwache analoge Signale enthalten, sind alles. So ein stabiles und zuverlässiges DSP-System zu entwerfen und zu entwickeln, Anti-Interferenz Design ist sehr wichtig. Störung, oder störende Energie, versetzt den Empfänger in einen unerwünschten Zustand. There are two types of Interferenz: direct (coupling via conductors, gemeinsame Impedanz, etc.) and indirect (coupling via crosstalk or radiation). Viele elektrische Emissionsquellen, wie Licht, Motoren, und Leuchtstofflampen, kann Störungen verursachen, and there are three necessary ways for electromagnetic interference (EMI) to have an impact, nämlich, die Störquelle, der Ausbreitungsweg, und der Interferenzrezeptor. Es braucht nur einen davon abzuschneiden.. Problem mit elektromagnetischen Störungen.

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1. Analyse der Störentwicklung im DSP-System

Um ein stabiles und zuverlässiges DSP-System zu schaffen, müssen die Störungen von allen Aspekten beseitigt werden, auch wenn sie nicht vollständig beseitigt werden können, sie sollten so weit wie möglich reduziert werden. Bei DSP-Systemen kommt die Hauptstörung aus folgenden Aspekten:

1) Interferenz des Eingangs- und Ausgangskanals. Es bedeutet, dass die Störung durch den Vorwärtskanal und den Rückkanal, wie die Datenerfassungsverbindung des DSP-Systems, in das System eintritt, und die Störung über das Signal durch den Sensor überlagert wird, was den Fehler der Datenerfassung erhöht. In der Ausgabeverbindung können Interferenzen den Ausgabedatenfehler erhöhen oder sogar völlig falsch sein, wodurch das System abstürzt. Optokoppler-Geräte können vernünftigerweise verwendet werden, um die Interferenz von Ein- und Ausgangskanälen zu reduzieren. Für die Störung von Sensoren und DSP-Hauptsystemen kann eine elektrische Trennung verwendet werden, um positive Störungen einzuführen.

2) Störung des Stromsystems. Die wichtigste Störquelle für das gesamte DSP-System. Wenn das Netzteil das System mit Strom versorgt, fügt es auch Rauschen zur Stromversorgung hinzu, so dass die Stromleitung entkoppelt werden muss, wenn die Stromchipschaltung entworfen ist.

3) Interferenz der Weltraumstrahlung. Die Kopplung über Strahlung wird oft als Übersprechen bezeichnet. Übersprechen tritt auf, wenn elektrischer Strom durch Drähte fließt, was zu elektromagnetischen Feldern führt, die transiente Ströme in benachbarten Drähten induzieren, wodurch benachbarte Signale verzerren oder sogar fälschlicherweise verzerren. Die Stärke des Übersprechens hängt vom Gerät, der Geometrie der Drähte und vom Trennabstand ab. Je größer der Abstand zwischen Signalleitungen und je näher an der Erdungsleitung ist, desto effektiver kann das Übersprechen reduziert werden.



2. Design der Leiterplatte for the cause of the interference

Im Folgenden wird die Methode beschrieben, wie verschiedene Störungen im Leiterplattenherstellungsprozess des DSP-Systems reduziert werden können.

2.1 Laminierter Entwurf von mehrschichtigen Platten

In der DSP-Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltung wird im Allgemeinen das gestapelte Design von Mehrschichtplatinen verwendet, um die Signalqualität zu verbessern, die Verdrahtungsschwierigkeiten zu verringern und die EMV des Systems zu erhöhen. Das gestapelte Design kann einen kurzen Rückweg bieten, den Kopplungsbereich reduzieren und Differenzmodusstörungen unterdrücken. In einem gestapelten Design werden dedizierte Leistungs- und Masseebenen zugewiesen, und die Erdungs- und Leistungsebenen sind fest gekoppelt, um Gleichtaktstörungen zu unterdrücken (verwenden Sie benachbarte Ebenen, um die AC-Impedanz der Leistungsebene zu reduzieren). Unter der obersten Schicht befindet sich eine Stromschicht, und die Stromstifte der Komponenten können direkt an die Stromversorgung angeschlossen werden, ohne die Erdungsebene zu passieren. Die Schlüsselsignale werden auf der unteren Ebene (untere Schicht) so ausgewählt, dass der wichtige Signalleitungsraum größer ist und die Geräte so weit wie möglich auf derselben Ebene platziert werden. Wenn nicht notwendig, machen Sie keine Platine mit 2-lagigen Teilen, was die Montagezeit und die Montagekomplexität erhöht. Wie die oberste Schicht, nur wenn die obersten Schichtkomponenten zu dicht sind, werden Geräte mit begrenzter Höhe und geringer Wärmeentwicklung, wie Entkopplungskondensatoren (Patches), auf der unteren Schicht platziert. Für das DSP-System kann eine große Anzahl von Drähten verlegt werden, und das gestapelte Design kann verwendet werden, um die Drähte auf der inneren Schicht zu führen. Wenn herkömmliche Durchgangslöcher viel wertvollen Routingraum verschwenden, können blind vergrabene Durchgangslöcher verwendet werden, um die Routingfläche zu vergrößern.


2.2 Layout Design

Um die Leistung des DSP-Systems zu erhalten, ist das Layout der Komponenten sehr wichtig. Platzieren Sie zuerst DSP-, Blitz-, SRAM- und CPLD-Geräte, die den Routing-Raum sorgfältig berücksichtigen sollten, und platzieren Sie dann andere ICs gemäß dem Prinzip der funktionalen Unabhängigkeit und berücksichtigen Sie die Platzierung von I/O-Ports. Betrachten Sie die Größe der Leiterplatte in Kombination mit dem obigen Layout: Wenn die Größe zu groß ist, werden die gedruckten Linien zu lang sein, die Impedanz steigt, die Rauschfestigkeit sinkt und die Kosten für die Herstellung der Leiterplatte steigen ebenfalls; Wenn die Leiterplatte zu klein ist, ist die Wärmeableitung schlecht, und der Platz ist begrenzt und benachbarte Leitungen werden leicht gestört. Daher sollte das Gerät entsprechend den tatsächlichen Bedürfnissen ausgewählt werden, und die Größe der Leiterplatte sollte grob basierend auf dem Verdrahtungsraum berechnet werden. Bei der Auslegung des DSP-Systems sollte besonderes Augenmerk auf die Platzierung der folgenden Komponenten gelegt werden.

1) Hochgeschwindigkeitssignallayout: Im gesamten DSP-System befinden sich die wichtigsten digitalen Hochgeschwindigkeitssignalleitungen zwischen DSP, Blitz und SRAM, so dass der Abstand zwischen den Geräten so nah wie möglich sein sollte, und die Verbindungen sollten so kurz wie möglich und direkt angeschlossen sein. Um die Auswirkungen von Übertragungsleitungen auf die Signalqualität zu verringern, sollten daher Hochgeschwindigkeitssignalspuren so kurz wie möglich sein. Es ist auch zu beachten, dass viele DSP-Chips mit einer Geschwindigkeit von mehreren Hundert MHz Schlangenwicklung benötigen. Dies wird in der Verkabelung unten hervorgehoben.

2) Digital-analoges Gerätelayout: Die meisten DSP-Systeme sind keine einzelnen funktionalen Schaltungen, und eine große Anzahl von digitalen Geräten und digital-analogen Hybridgeräten von CM0S werden verwendet, so dass die digital/analogen Geräte separat ausgelegt werden sollten. Die analogen Signalgeräte sollten so weit wie möglich konzentriert sein, damit die analoge Masse einen unabhängigen Bereich des analogen Signals in der Mitte der gesamten digitalen Masse zeichnen kann, um die Interferenz des digitalen Signals mit dem analogen Signal zu vermeiden. Einige digital-analoge Hybridgeräte, wie D/A-Wandler, werden traditionell als analoges Gerät angesehen und auf der analogen Erde platziert, und ihnen wird eine digitale Schleife bereitgestellt, so dass das digitale Rauschen zur Signalquelle zurückgeführt wird, um das digitale Rauschen zu reduzieren. Effekte auf den analogen Boden.

3) Das Layout der Uhr: Für die Takt-, Chip-Auswahl- und Bussignale sollte sie so weit wie möglich von den I/O-Leitungen und Steckern ferngehalten werden. Der Takteingang des DSP-Systems ist leicht gestört und seine Verarbeitung ist sehr kritisch. Halten Sie den Taktgenerator immer so nah wie möglich am DSP-Chip und halten Sie die Taktleitungen so kurz wie möglich. Das Gehäuse des Uhrkristalloszillators ist geerdet.

4) Entkopplungslayout: Um das sofortige Überschreiten der Spannung an der Stromversorgung des integrierten Schaltungschips zu reduzieren, wird dem integrierten Schaltungschip ein Entkopplungskondensator hinzugefügt, der den Einfluss des Grats auf die Stromversorgung effektiv entfernen und die Stromschleife auf der Leiterplatte reduzieren kann. Reflexion. Das Hinzufügen eines Entkopplungskondensators kann das Hochfrequenzrauschen der integrierten Schaltungseinrichtung umgehen und kann auch als Speicherkondensator verwendet werden, um die Lade- und Entladenenergie zum Zeitpunkt des Schaltens des Gates der integrierten Schaltung bereitzustellen und zu absorbieren. Im DSP-System werden Entkopplungskondensatoren auf jeder integrierten Schaltung, wie DSP, SRAM, Blitz usw., platziert und zwischen jeder Stromversorgung und der Masse des Chips hinzugefügt, und besondere Aufmerksamkeit sollte darauf gerichtet werden, Kondensatoren so nah wie möglich an der Stromversorgung und dem IC zu entkoppeln. Teil Fuß. Stellen Sie die Reinheit des Stroms vom Netzteilende (Quellende) und in den IC sicher und minimieren Sie den Rauschweg so weit wie möglich. Wenn Sie mit Kondensatoren zu tun haben, verwenden Sie große Durchkontaktierungen oder mehrere Durchkontaktierungen, und die Verbindung zwischen Durchkontaktierungen und Kondensatoren sollte so kurz und dick wie möglich sein. Wenn die beiden Durchgänge weit voneinander entfernt sind, ist der Weg zu groß, was nicht gut ist; Je enger die beiden Durchgänge des Entkopplungskondensators liegen, desto besser, so dass das Rauschen mit einem kurzen Weg den Boden erreichen kann. Darüber hinaus ist es sehr vorteilhaft, Hochfrequenzkondensatoren am Stromeingang oder wo die Batterie mit Strom versorgt wird hinzuzufügen. Unter normalen Umständen ist der Wert des Entkopplungskondensators nicht sehr streng. Im Allgemeinen wird sie nach C=l/ berechnet, d.h. wenn die Frequenz 10 MHz beträgt, wird ein Kondensator von 0,1 μF genommen.

5) Das Layout der Stromversorgung: Bei der Entwicklung des DSP-Systems muss die Stromversorgung sorgfältig berücksichtigt werden. Da einige Stromchips viel Wärme erzeugen, sollten sie an einem Ort priorisiert werden, der für die Wärmeableitung förderlich ist und von anderen Komponenten durch einen bestimmten Abstand getrennt werden. Die Wärmeableitung kann durch Hinzufügen von Kühlkörpern oder Platzieren von Kupfer unter dem Gerät durchgeführt werden. Achten Sie darauf, keine Heizkomponenten auf die untere Schicht der Entwicklungsplatine zu legen.

6) Andere Hinweise: Für das Layout anderer Komponenten des DSP-Systems sollten die Anforderungen an Leichtigkeit des Schweißens, Leichtigkeit des Debuggens und Ästhetik so weit wie möglich berücksichtigt werden. Zum Beispiel sollten einstellbare Geräte wie Potentiometer, einstellbare Induktivitätspulen, variable Kondensatoren und DIP-Schalter in Kombination mit der Gesamtstruktur platziert werden. Bei Geräten über 15 g sollte eine feste Halterung hinzugefügt und dann geschweißt werden, und besondere Aufmerksamkeit sollte auf das Positionierloch der Leiterplatte und die Position der festen Halterung gelegt werden. Der Abstand zwischen den Komponenten an der Kante der Leiterplatte und der Kante der Leiterplatte ist im Allgemeinen nicht kleiner als 2 mm, die Leiterplatte ist rechteckig und das Seitenverhältnis ist 3:2 oder 4; 3.


2.3 Verdrahtungsdesign

Nach umfassender Betrachtung der Erhöhung der Interferenzsicherheit des DSP-Systems und der Verbesserung der EMV-Fähigkeit zur Auslegung müssen einige Maßnahmen und Fähigkeiten in der Verdrahtung eingesetzt werden.

1) DSP-Verdrahtung: Die Verdrahtung beginnt im Allgemeinen vom Gerät und erweitert sich um es. Bei Geräten, die in PQFP (Plastic Quad FIat Pack) oder BGA (BaIl Grid Array) wie DSP verpackt sind, sollte die Routingrichtung grob anhand der Layoutposition von SRAM, Flash und CPLD bestimmt werden, und die Pins sollten aufgefächert sein. Ein Fan-Out ist besonders wichtig für QFP&BGA-Geräte. Zu Beginn der Verdrahtung können die Pins von BGA-Geräten Zeit für die anschließende Verdrahtung sparen und die Qualität und Effizienz der Verdrahtung verbessern. Nutzen Sie beim Routing rational die Funktionen von EDA-Werkzeugen, wie das dynamische Routing von Power-Leiterplatten, um Platz zu planen. Bei Verwendung von Dynamic hält diese Funktion automatisch den Abstand zwischen den Leitungen innerhalb der Regeln, ohne Platz zu verschwenden, die nachfolgenden Änderungen zu reduzieren und die Qualität und Effizienz der Verkabelung zu verbessern. Achten Sie bei Hochgeschwindigkeits-DSP auch auf Übersprechen und Delay Tune Routing-Verarbeitung. Die Schlangenlinienverarbeitung kann die Integrität des Signals und die Kontinuität der Referenzebene des Hochgeschwindigkeitssignals sicherstellen. Wenn es notwendig ist, die Ebene zu teilen, achten Sie darauf, dass die Hochgeschwindigkeitslinie die diskontinuierliche Ebene nicht überquert; Wenn es überquert werden muss, fügen Sie den Kondensator über die Ebene. Wenn die Signalleitung (Spur) dreimal so groß wie die Signalleitungsbreite ist, beträgt die Wahrscheinlichkeit eines gegenseitigen Übersprechens (Kopplung) zwischen den Signalen nur etwa 25%, so dass die Anforderungen an elektromagnetische Störungen (EMI) erfüllt werden können. Denken Sie daher bei Hochgeschwindigkeitssignalleitungen wie CLK und SRAM daran, sich um mehr als das 3-fache der Breite von der daneben liegenden Signalleitung fernzuhalten. Wenn die Länge eingestellt wird, das heißt, die Serpentinenspur, sollte die Breite der Linie und die Linie mehr als 3-mal die Breite der Signalleitung sein, einschließlich Für seine eigene Signalleitung ist sie auch dreimal so breit wie die Signalleitung. Die Linienbreite beträgt 5 mil, und der Abstand innerhalb der Wicklung selbst ist 15 mil, der größer oder gleich dreimal die Linienbreite ist.

2) Taktverdrahtung: Für das Taktsignal, machen Sie den Verdrahtungsabstand für andere Signale so groß wie möglich, stellen Sie einen Abstand von mehr als viermal der Leitungsbreite sicher und führen Sie nicht unter der Uhr (Teil); Bei analogen Spannungseingangsleitungen sind die Bezugsspannungsklemme und die I/O-Signalleitung so weit wie möglich vom Takt entfernt.

3) Umgang mit Systemleistung: Leistung ist ein wichtiger Teil des Systems. Eine separate Stromversorgungsschicht wird im Stapeldesign der Leiterplatte zugewiesen, aber da ein DSP-System eine Vielzahl von digitalen und analogen Geräten hat, werden auch eine Vielzahl von Netzteilen verwendet, so dass die Stromversorgungsschicht unterteilt wird, um Geräte mit den gleichen Stromversorgungseigenschaften herzustellen. Im gleichen Bereich verteilt, kann es an die Stromebene in der Nähe angeschlossen werden. Besonderes Augenmerk sollte jedoch darauf gerichtet werden, das Signal der Referenzleistungsebene beim Teilen kontinuierlich zu machen. Es wurde durch Experimente bewiesen, dass der Strom, der durch die Linienbreite von 40 mils gehen kann, garantiert 1 A sein kann; Für das Überloch L kann der Strom von 1 A durch den Bohrdurchmesser von 16 mils gehen, so dass für das DSP-System die Stromleitung größer als 20 mil sein kann. Für elektromagnetischen Strahlenschutz an der Stromleitung beachten Sie die folgenden Punkte: Verwenden Sie Bypass-Kondensatoren, um das Lecken von Wechselstrom auf der Leiterplatte zu begrenzen; Schließen Sie eine Gleichtaktdrosselspule in Reihe an der Stromleitung an, um den Gleichtaktstrom zu unterdrücken, der durch die Leitung fließt; Verkabelung nahe der Verringerung des magnetischen Strahlungsbereichs.

4) Behandlung der Erdung: In allen EMV-Problemen wird das Hauptproblem durch unsachgemäße Erdung verursacht. Die Qualität der Erddrahtverarbeitung beeinflusst direkt die Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems. Die Erdung hat folgende Funktionen: Verringerung der Gleichtaktspannung VCM auf der Ausgangsleitung; Verringerung der Anfälligkeit für statische Elektrizität (ESD); Verringerung der elektromagnetischen Strahlung. Die Masseschleifen von hochfrequenten digitalen Schaltungen und niederfrequenten analogen Schaltungen können nicht gemischt werden, und die digital/analoge Masse muss getrennt werden, denn wenn die digitale Schaltung zwischen hohen und niedrigen Potentialen geschaltet wird, wird das Rauschen in der Stromversorgung und der Masse erzeugt; Wenn die Erdungsebene nicht getrennt ist, ist das analoge Signal immer noch Erdungsrausch. Störung. Daher sollte die Mehrpunkt-Reihenerdung für Hochfrequenzsignale verwendet werden, und der Massedraht sollte so weit wie möglich verdickt und verkürzt werden, dass es neben der Verringerung des Spannungsabfalls wichtiger ist, das Kupplungsrauschen zu reduzieren. Aber für ein System, egal wie es unterteilt ist, gibt es nur einen letzten Boden, aber der Entladeweg ist anders. Daher werden die digitale Masse und die analoge Masse durch magnetische Perlen oder 0 n Widerstände miteinander verbunden, um die Interferenz gemischter Signale zu beseitigen. Bei der Aufteilung der Bodenebene muss die Kontinuität der Bezugsebene gewährleistet sein. Bei Leiterplatten mit digitaler/analoger Koexistenz, wenn die analoge Signalleitung weit entfernt ist, versuchen Sie, den Referenzrücklauf auch analoge Masse zu machen. Dies bedeutet, dass eine analoge Masse entlang des Pfades des analogen Signals in der Masseschicht geschnitten werden sollte, damit sie auf die analoge Masse verweist, um die Kontinuität seiner Referenzebene sicherzustellen.

5) Other precautions: During wiring, Die Ecken der Drähte sollten im Allgemeinen nicht zu 90° gefalteten Linien geformt werden, um die externe Emissionskopplung von Hochfrequenzsignalen zu reduzieren. Beim Verlegen von Kupfer auf der Leiterplatte, Versuchen Sie, eine große Fläche von Kupferfolie zu vermeiden, sonst, Die Kupferfolie fällt leicht ab, nachdem sie lange erhitzt wurde; wenn eine große Fläche von Kupferfolie verwendet werden muss, es kann durch ein Gitter ersetzt werden, die zur Beseitigung der Kupferfolie und des Substrats förderlich ist. Der Klebstoff wird erhitzt, um flüchtiges Gas zu erzeugen. The copper foil laid on the penetrating part feet (DIPPIN) is also treated with thermal pads; virtual soldering should be avoided to improve the yield. The input and output sidelines should be avoided to be adjacent to each other to avoid Reflexion interference; if necessary, Erdungskabel zur Isolierung hinzufügen. Die Verdrahtung zweier benachbarter Schichten sollte senkrecht zueinander sein, und es ist einfach, Kopplung parallel zu erzeugen. Für I/O, unterschiedliche Bereiche der jeweiligen Bezugsebenen können unterteilt werden, so dass anders ich/O-Signale stören sich nicht gegenseitig auf der Leiterplatte.