Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Wie man protel-Software verwendet, um Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten zu entwerfen
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Wie man protel-Software verwendet, um Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten zu entwerfen

2022-09-02
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Author:iPCB

Um das Verständnis von Leiterplatte Design Software, Dieser Artikel wird erklären, wie man Hochgeschwindigkeits- Leiterplattes auf Basis von Protel Circuit Design Software. Die Bedeutung von Schaltungsdesign-Software besteht darin, Schaltungen zu entwerfen. Ohne Schaltungsdesign-Software, Schaltungsdesign wird sehr lästig. In diesem Artikel wird erklärt, wie man Hochgeschwindigkeits- Leiterplattes auf Basis von Protel Circuit Design Software.


1. Fragen

Im Hochgeschwindigkeitsschaltungsdesign können die Induktivität und Kapazität auf der Leiterplatte das verdrahtete Äquivalent zu einer Übertragungsleitung machen. Unsachgemäße Platzierung von Abschlusskomponenten oder falsche Weiterleitung von Hochgeschwindigkeitssignalen kann Probleme mit Übertragungsleitungseffekten verursachen, was zu fehlerhafter Datenausgabe aus dem System, unsachgemäßem Schaltungsbetrieb oder gar keinem Betrieb führt. Basierend auf dem Übertragungsleitungsmodell kann geschlossen werden, dass die Übertragungsleitung negative Auswirkungen wie Signalreflexion, Übersprechen, elektromagnetische Störungen, Stromversorgung und Erdgeräusche auf das Schaltungsdesign bringt. Um eine Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte zu entwerfen, die zuverlässig arbeiten kann, muss das Design vollständig und sorgfältig geprüft werden, um einige unzuverlässige Probleme zu lösen, die während des Layouts und der Verkabelung auftreten können, den Produktentwicklungszyklus zu verkürzen und die Wettbewerbsfähigkeit des Marktes zu verbessern. Besprechen Sie einige relevante Prinzipien des Layouts und der Verdrahtung, die bei der Verwendung der PROTEL-Designsoftware beachtet werden müssen, um Hochgeschwindigkeits-Leiterplattendesign zu realisieren, und stellen Sie einige praktische und bewährte Hochgeschwindigkeits-Schaltungs-Layout und Verdrahtungstechniken zur Verfügung, um Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten zu verbessern. Design Zuverlässigkeit und Validität. Die Ergebnisse zeigen, dass das Design den Produktentwicklungszyklus verkürzt und die Wettbewerbsfähigkeit des Marktes verbessert.

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2. Auslegung des Hochfrequenzsystems

Beim Leiterplattendesign der Schaltung ist das Layout ein wichtiges Bindeglied. Die Qualität des Layoutergebnisses beeinflusst direkt die Wirkung der Verkabelung und die Zuverlässigkeit des Systems, was im gesamten Leiterplattendesign zeitaufwendig und schwierig ist. Die komplexe Umgebung von Hochfrequenz-Leiterplatten macht das Layoutdesign von Hochfrequenz-Systemen schwierig, das erlernte theoretische Wissen zu nutzen. Es erfordert, dass das Layoutpersonal reiche Erfahrung in der Herstellung von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten haben muss, um zu vermeiden, im Designprozess zu laufen. Umfahrungen und Verbesserung der Zuverlässigkeit und Effektivität der Schaltungsarbeit. Beim Layoutprozess sollte die mechanische Struktur, Wärmeableitung, elektromagnetische Störungen, Bequemlichkeit der zukünftigen Verkabelung und Ästhetik umfassend berücksichtigt werden. Teilen Sie zuerst die Funktion der gesamten Schaltung vor dem Layout, trennen Sie die Hochfrequenzschaltung von der Niederfrequenzschaltung und trennen Sie die analoge Schaltung von der digitalen Schaltung. Vermeiden Sie die Übertragungsverzögerung, die durch den langen Draht verursacht wird, und verbessern Sie den Entkopplungseffekt des Kondensators. Achten Sie außerdem auf die relative Position und Ausrichtung von Stiften und Schaltungskomponenten und anderen Rohren, um den gegenseitigen Einfluss zu reduzieren. Alle Hochfrequenzkomponenten sollten vom Chassis und anderen Metallplatten ferngehalten werden, um parasitäre Kupplungen zu vermeiden. Zweitens sollte während des Layouts auf die thermischen und elektromagnetischen Effekte zwischen Bauteilen geachtet werden. Diese Auswirkungen sind besonders für Hochfrequenzsysteme gravierend, und Maßnahmen sollten ergriffen werden, um sie fernzuhalten oder zu isolieren, Wärme abzuleiten und abzuschirmen. Hochleistungsgleichrichterrohre und Einstellrohre sollten mit Heizkörpern ausgestattet und vom Transformator ferngehalten werden. Hitzebeständige Komponenten wie Elektrolytkondensatoren sollten von Heizkomponenten ferngehalten werden, andernfalls wird der Elektrolyt getrocknet, was zu erhöhtem Widerstand und schlechter Leistung führt, was die Stabilität des Schaltkreises beeinträchtigt. Im Layout sollte genügend Platz vorhanden sein, um die Schutzstruktur anzuordnen und die Einführung verschiedener parasitärer Kupplungen zu verhindern. Um eine elektromagnetische Kopplung zwischen den Spulen auf der Leiterplatte zu verhindern, sollten die beiden Spulen rechtwinklig platziert werden, um den Kopplungskoeffizienten zu verringern. Das Verfahren der vertikalen Plattenisolierung kann auch verwendet werden. Verwenden Sie direkt die Leitungen seiner Komponenten, um auf der Schaltung zu löten. Je kürzer die Führung, desto besser. Verwenden Sie keine Anschlüsse und Lötpads, da die Kapazität und die Induktivität zwischen benachbarten Lötpads verteilt sind. Vermeiden Sie es, hochrauschende Komponenten um die Kristalloszillator-, RIN-, Analogspannungs- und Referenzspannungssignalspuren zu platzieren. Während die inhärente Qualität und Zuverlässigkeit unter Berücksichtigung der Gesamtästhetik und einer vernünftigen Leiterplattenplanung gewährleistet wird, sollten die Komponenten parallel oder senkrecht zur Leiterplattenoberfläche und parallel oder senkrecht zur Hauptplatinenkante sein. Die Verteilung der Komponenten auf der Leiterplattenoberfläche sollte so gleichmäßig wie möglich sein, und die Dichte sollte die gleiche sein. Dies ist nicht nur schön, sondern auch einfach zu installieren und zu schweißen und einfach in der Massenproduktion.


3. Verkabelung von Hochfrequenzsystemen

In Hochfrequenzschaltungen können die Verteilungsparameter des Widerstands, der Kapazität, der Induktivität und der gegenseitigen Induktivität der Verbindungsdrähte nicht ignoriert werden. Aus der Sicht der Interferenz besteht eine vernünftige Verdrahtung darin, den Leitungswiderstand, die verteilte Kapazität und die Streudinduktivität in der Schaltung zu verringern. Das resultierende Streumagnetfeld wird zu einem gewissen Grad reduziert, so dass die verteilte Kapazität, der magnetische Leckagemagnetfluss, die elektromagnetische gegenseitige Induktivität und andere Störungen, die durch das Rauschen der Schaltung verursacht werden, unterdrückt werden. Die Anwendung von PROTEL Design Tools ist in China sehr verbreitet. Viele Designer konzentrieren sich jedoch nur auf die "Durchgangsrate", und die Verbesserungen, die an den PROTEL-Designwerkzeugen vorgenommen wurden, um sich an Änderungen der Geräteeigenschaften anzupassen, werden im Design nicht verwendet, was nicht nur die Verschwendung von Designwerkzeugressourcen ernsthaft macht, was es schwierig macht, die hervorragende Leistung vieler neuer Geräte auszuüben. Im Folgenden werden einige spezielle Funktionen vorgestellt, die das PROTEL99 SE-Tool bieten kann.

1) Je weniger die Leitungen zwischen den Stiften der Hochfrequenzschaltungsvorrichtung gebogen sind, desto besser. Nimm eine volle Gerade. Wenn Biegen erforderlich ist, kann es mit einer 45° gefalteten Linie oder einem Kreisbogen gebogen werden, was die externe Emission und gegenseitige Kopplung von Hochfrequenzsignalen reduzieren kann. Beim Fräsen mit PROTEL wählen Sie im Menü "Design" 45-Grad oder abgerundet unter "RouTIng Corners" unter "Rules" aus. Sie können auch die Umschalt+Leertasten verwenden, um schnell zwischen den Zeilen zu wechseln.

2) Je kürzer die Leitung zwischen den Stiften der Hochfrequenzschaltungsvorrichtung, desto besser. Das effektive Mittel von PROTEL 99, um die kurze Verkabelung zu erfüllen, besteht darin, Verdrahtungsreservierungen für einzelne wichtige Hochgeschwindigkeitsnetze vor der automatischen Verkabelung vorzunehmen. Wählen Sie unter "RouTIng Topologie" im Menü "Design" die kürzeste Option.

3) Je weniger der Wechsel zwischen den Führungsschichten zwischen den Stiften der Hochfrequenzschaltungsvorrichtung, desto besser. Das heißt, je weniger Vias im Komponentenverbindungsprozess verwendet werden, desto besser. Ein Durchgang kann 0,5pF verteilter Kapazität bewirken, und die Verringerung der Anzahl der Durchgänge kann die Geschwindigkeit erheblich erhöhen.

4) Achten Sie bei der Hochfrequenzschaltung auf die "Querstörung" oder Übersprechen, die durch die parallele Verdrahtung der Signalleitung eingeführt 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 stark zu reduzieren. Parallele Linien in der gleichen Schicht sind fast unvermeidbar, aber in zwei benachbarten Schichten muss die Richtung der Linien senkrecht zueinander sein, was in PROTEL nicht schwer zu erreichen ist, aber leicht zu ignorieren ist. Im Menü "Design" unter "RouTIngLayers" wählen Sie Horizontal für oberste Ebene und Vertikal für untere Ebene. Darüber hinaus ist die Funktion "Polygonebene" in "place", also der Polygongitter Kupferfolienoberfläche, vorgesehen. Wenn platziert, wird das Polygon als eine Oberfläche der gesamten Leiterplatte genommen, und dieses Kupfer wird aufgetragen. Es ist mit dem GND der Schaltung verbunden, was die Hochfrequenz-Anti-Interferenz-Fähigkeit verbessern kann, und hat auch große Vorteile für Wärmeableitung und Druckplattenstärke.

5) Für besonders wichtige Signalleitungen oder lokale Einheiten werden Maßnahmen durchgeführt, die von Erdungskabeln umgeben werden. "Ausgewählte Objekte umreißen" steht unter "Werkzeuge" zur Verfügung, mit denen die ausgewählten wichtigen Signalleitungen (wie Oszillatorschaltung LT und X1) automatisch "geerdet" werden können.

6) Im Allgemeinen wird die Stromleitung und die Erdungsleitung der Schaltung breiter als die Signalleitung eingestellt. Über die "Klassen" im Menü "Design" können Sie das Netzwerk in Stromnetz und Signalnetz einteilen. In Kombination mit der Einstellung von Verdrahtungsregeln kann es leicht durchgeführt werden. Schalten der Leitungsbreite von Stromleitungen und Signalleitungen.

7) Alle Arten von Spuren können keine Schleife bilden, und der Erdungsdraht kann keine Stromschleife bilden. Wenn eine Schleifenschaltung erzeugt wird, verursacht dies große Störungen im System. In dieser Hinsicht kann eine Gänseblümchenverdrahtungsmethode verwendet werden, die die Bildung von Schleifen, Ästen oder Baumstümpfen während der Verdrahtung effektiv vermeiden kann, aber es verursacht auch das Problem der nicht einfachen Verdrahtung.

8) Schätzen Sie entsprechend den Daten und dem Entwurf verschiedener Chips den Strom, der durch die Stromleitung fließt, und bestimmen Sie die erforderliche Drahtbreite. Gemäß der empirischen Formel kann es ermittelt werden: W (Linienbreite) ⥠L (mm/A) íI (A). Versuchen Sie entsprechend der aktuellen Größe, die Breite der Stromleitung zu erhöhen, um den Schleifenwiderstand zu verringern. Gleichzeitig ist die Richtung der Stromleitung und der Erdungsleitung konsistent mit der Richtung der Datenübertragung, die hilft, die Anti-Rausch-Fähigkeit zu verbessern. Bei Bedarf kann eine Hochfrequenz-Drosselvorrichtung aus kupferdrahtgewickeltem Ferrit zur Stromleitung und Erdungsleitung hinzugefügt werden, um die Leitung von hochfrequentem Rauschen zu blockieren.

9) Die Verdrahtungsbreite des gleichen Netzwerks sollte gleich bleiben. Die Änderung der Linienbreite führt zu einer ungleichmäßigen charakteristischen Impedanz der Linie. Wenn die Übertragungsgeschwindigkeit hoch ist, tritt die Reflexion auf, die bei der Konstruktion so weit wie möglich vermieden werden sollte. Gleichzeitig erhöhen Sie die Linienbreite der parallelen Linien. Wenn der Mittelabstand der Leitungen das 3-fache der Leitungsbreite nicht überschreitet, kann 70% des elektrischen Feldes ohne gegenseitige Störung gehalten werden, was das 3W-Prinzip genannt wird. Auf diese Weise kann der Einfluss von verteilter Kapazität und verteilter Induktivität durch parallele Leitungen überwunden werden.


4. Entwurf der Stromleitung und des Erdungskabels

In order to solve the voltage drop caused by the Stromversorgung noise and line impedance introduced by the high-frequency circuit, Die Zuverlässigkeit des Stromversorgungssystems im Hochfrequenzstromkreis muss vollständig berücksichtigt werden. Es gibt im Allgemeinen zwei Lösungen: eine ist, die Strombus-Technologie für die Verdrahtung zu verwenden; die andere ist, eine separate Stromversorgungsschicht zu verwenden. Im Vergleich, der Produktionsprozess von letzterem ist komplizierter und die Kosten sind teurer. Daher, Die netzwerkartige Power Bus Technologie kann zur Verdrahtung verwendet werden, so dass jede Komponente zu einer anderen Schleife gehört, und der Strom auf jedem Bus im Netz neigt dazu ausgeglichen zu sein, Verringerung des Spannungsabfalls durch die Leitungsimpedanz. Die Hochfrequenz-Übertragungsleistung ist relativ groß, und eine große Fläche von Kupfer kann verwendet werden, um eine niederohmige Masseebene in der Nähe für Mehrpunkt-Erdung zu finden. Weil die induktive Reaktanz der Masseleitung proportional zur Frequenz und Länge ist, Die gemeinsame Erdimpedanz erhöht sich, wenn die Betriebsfrequenz hoch ist, which will increase the elektromagnetische Störungen generated by the common ground impedance, so muss die Länge des Massedrahts so kurz wie möglich sein. Minimieren Sie die Länge der Signalleitungen und vergrößern Sie die Fläche der Erdschleife. Ein oder mehrere Hochfrequenz-Entkopplungskondensatoren werden an den Leistungs- und Masseanschlüssen des Chips eingestellt, um einen nahe gelegenen Hochfrequenzkanal für den transienten Strom des integrierten Chips bereitzustellen, so dass der Strom nicht durch die Stromversorgungsleitung mit einer großen Schleifenfläche fließt, Dadurch wird das abgestrahlte Geräusch stark reduziert. Es ist notwendig, einen monolithischen kapazitiven Keramikkondensator mit einem guten Hochfrequenzsignal als Entkopplungskondensator zu wählen. Verwenden Sie Tantalkondensatoren mit großer Kapazität oder Polyester-Kondensatoren anstelle von Elektrolytkondensatoren als Energiespeicherkondensatoren zum Aufladen von Schaltkreisen. Weil die verteilte Induktivität von Elektrolytkondensatoren groß ist, es ist unwirksam für hohe Frequenzen. Bei Verwendung von Elektrolytkondensatoren, Verwenden Sie sie paarweise mit Entkopplungskondensatoren mit guter Hochfrequenz Leiterplatte Eigenschaften.