PCB-Technologie - Design der Leiterplatte basierend auf HF-Schaltmodul Funktionsschaltung

Mit der Entwicklung der modernen drahtlose Kommunikationssysteme, Mobilfunk, Radar, Satellitenkommunikation und andere Kommunikationssysteme haben höhere Anforderungen an die Schaltgeschwindigkeit, Leistungskapazität, und Integration des Transceiver Switches. Daher, die VXI Bustechnologie wird erforscht und entwickelt, um die Bedürfnisse des Militärs zu erfüllen. Die VXI Das speziell von der Partei benötigte Busmodul hat eine sehr wichtige Bedeutung. Wir werden die Idee des virtuellen Instruments verwenden, um die Hardwareschaltung in Software zu realisieren. Der unten entwickelte HF-Schalter kann direkt vom Computer gesteuert werden und kann einfach mit dem VXI Busprüfsystem. Integration, Maximierung der Anwendung von Computer- und Mikroelektronik im heutigen Testfeld, hat breite Entwicklungsperspektiven.

1 Konzeption und Umsetzung von VXI Busschnittstellenschaltung

VXIBus ist eine Erweiterung von VMEBus im Bereich der Instrumentierung und ist ein modulares automatisches Instrumentensystem, das von einem Computer bedient wird. Es basiert auf effektiver Standardisierung und verfolgt einen modularen Ansatz, um Serialisierung, Generalisierung und Austauschbarkeit und Interoperabilität von VXIBus-Instrumenten zu erreichen. Seine offene Architektur und der PlugPlay-Modus erfüllen vollständig die Anforderungen von Informationsprodukten. Es hat die Vorteile der Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung, der kompakten Struktur, der flexiblen Konfiguration und der guten elektromagnetischen Verträglichkeit. Daher ist das System sehr bequem einzurichten und zu verwenden, und seine Anwendungen werden immer umfangreicher. Er hat sich allmählich zum bevorzugten Bus für die Integration von Hochleistungstestsystemen entwickelt.

Der VXI-Bus ist eine vollständig offene modulare Instrumentenrückplane-Bus-Spezifikation, die für verschiedene Gerätehersteller geeignet ist. VXI-Bus-Geräte werden hauptsächlich unterteilt in: registerbasierte Geräte, message-basierte Geräte und speicherbasierte Geräte. Registerbasierte Geräte machen derzeit den größten Anteil an Anwendungen aus (etwa 70%). Die VXIBus-Register-Basisschnittstellenschaltung umfasst hauptsächlich vier Teile: Buspufferantrieb, Adressierungs- und Dekodierungsschaltung, Datenübertragungsantwortzustandsmaschine, Konfigurations- und Betriebsregistergruppe. In den vier Teilen, außer dass der Buspuffertreiber durch 74ALS(2)45 Chip realisiert wird, wird der Rest durch FPGA realisiert. Ein Stück FLEX10K-Chip EPF10K10QC208-3 und ein Stück EPROM-Chip EPC1441P8 werden verwendet, und die entsprechende Software MAX+PLUS wird für Design und Implementierung verwendet.

1.1 Buspuffertreiber

Dieser Teil vervollständigt den Pufferempfang oder das Ansteuern der Datenleitungen, Adressleitungen und Steuerleitungen im VXI-Backplane-Bus, um die Anforderungen der VXI-Standardsignale zu erfüllen. Für A16/D16 Geräte, solange der Backplane Datenbus D00～D15 gepuffert und angetrieben wird. Entsprechend den Anforderungen der VXI-Busspezifikation wird dieser Teil mit zwei 74LS245s realisiert, die von DBEN* (erzeugt durch die Datenübertragungs-Response State Machine) gestrobt werden.

1.2 Adressierung und Dekodierung Schaltung

Adressierungsleitungen umfassen Adressleitungen A01 bis A31, Daten-Stroboskop-Leitungen DS1*0* und DS1* und Langwortzeile LWORD*. Die Steuerleitungen umfassen die Adressstroboskopleitung AS* und die Lese-/Schreibsignalleitung WRITE*.

Das Design dieser Schaltung übernimmt die schematische Entwurfsmethode von MAX+PLUS. Entwerfen Sie unter Verwendung der vorhandenen Komponenten in der Komponentenbibliodiek, unter Verwendung von zwei 74688 und einem 74138.

Dieses Funktionsmodul dekodiert Adresszeilen A15～A01 und Adressänderungslinien AM5～AM0. Wenn das Gerät adressiert wird, empfängt es die Adressinformationen auf der Adresszeile und der Adressänderungslinie und vergleicht sie mit der logischen Adresse LA7～LA0, die durch den Hardware-Adressschalter auf diesem Modul festgelegt wird. Wenn der logische Wert auf AM5～AM0 29H oder 2DH ist (weil es sich um ein A16/D16-Gerät handelt), wenn die Adresszeilen A15 und A14 beide 1 sind und der Logikwert auf A13～A06 gleich der Logikadresse des Moduls ist, ist das Gerät Adressstrobe (CADDR* ist wahr). Dann wird das Ergebnis an die nächste Ebene der Decodierungssteuerung gesendet, und das Register des Moduls im 16-Bit-Adressraum wird durch Decodierung der Adressen A01～A05 ausgewählt.

1.3 Data transmission response state machine

Der Datenübertragungsbus ist eine Gruppe von Hochgeschwindigkeits-asynchronen parallelen Datenübertragungsbussen und ist die Hauptkomponente des Informationsaustauschs des VMEbus-Systems. Die Signalleitungen des Datenübertragungsbusses können in drei Gruppen unterteilt werden: Adressierungsleitungen, Datenleitungen und Steuerleitungen.

Das Design dieses Teils nimmt MAX+PLUS2 Texteingabe Design Methode an. Aufgrund des komplizierten Timings von DTACK* wird AHDL Sprache verwendet, um durch Zustandsmaschine zu entwerfen und zu realisieren.

Dieses Funktionsmodul konfiguriert die Steuersignale im VXI-Backplane-Bus und stellt Timing- und Steuersignale für den Standard-Datenübertragungszyklus bereit (Erzeugung des Datenübertragungs-Enable-Signals DBEN*, des Antwortsignals DTACK*, das der Bus für die Datenübertragung benötigt, usw.). Während der Datenübertragung adressiert der Systemcontroller zunächst das Modul und setzt die entsprechenden Adressstroboskopleitungen AS*, Datenstroboskopleitungen DS0*, DS1* und WRITE*, die die Richtung der Datenübertragung steuern, auf gültiges Level. Wenn das Modul erkennt, dass die Adresse übereinstimmt und die Steuerleitungen gültig sind, fahren Sie DTACK* auf niedriges Niveau, um dem Buscontroller zu bestätigen, dass die Daten auf dem Datenbus platziert wurden (Lesezyklus) oder Daten erfolgreich empfangen wurden (Schreibzyklus).

1.4 Konfigurationsregister

Jedes VXI-Busgerät verfügt über eine Reihe von "Konfigurationsregistern". Der Systemhauptregler erhält einige grundlegende Konfigurationsinformationen des VXI-Busgerätes, indem er die Inhalte dieser Register liest, wie Gerätetyp, Modell, Hersteller, Adressraum (A16, A24)., A32) und der erforderliche Speicherplatz usw.

Zu den grundlegenden Konfigurationsregistern von VXI-Busgeräten gehören: Identifikationsregister, Gerätetypregister, Statusregister und Steuerregister.

Das Design dieses Teils der Schaltung übernimmt die schematische Entwurfsmethode MAX+PLUS, wobei der Chip 74541 und die von ihm erstellten Funktionsmodule verwendet werden.

Die ID-, DT- und ST-Register sind alle schreibgeschützte Register, und die Steuerregister sind schreibgeschützte Register. In diesem Design wird der VXI-Bus hauptsächlich verwendet, um das Ein- und Ausschalten dieser Reihe von Schaltern zu steuern, so lange Sie Daten in das Kanalregister schreiben, können Sie den Saug- oder Trennzustand des Relaisschalters steuern und abfragen, dass der Relaisstatus auch aus dem Kanalregister gelesen wird. Die Daten sind in Ordnung. Entsprechend den Entwurfsanforderungen des Moduls, schreiben Sie geeigneten Inhalt in die entsprechenden Datenbits, um den Hochfrequenzschalter des Funktionsmoduls effektiv zu steuern.

2 Die design of die module functional circuit Leiterplatte

Jedes VXI-Busgerät verfügt über eine Reihe von "Konfigurationsregistern". Der Systemhauptregler erhält einige grundlegende Konfigurationsinformationen des VXI-Busgerätes, indem er die Inhalte dieser Register liest, wie Gerätetyp, Modell, Hersteller, Adressraum (A16, A24)., A32) und der erforderliche Speicherplatz usw.

Der Frequenzbereich der Hochfrequenzschaltung beträgt etwa 10kHz bis 300GHz. Mit zunehmender Frequenz weisen Hochfrequenzschaltungen einige Eigenschaften auf, die sich von Niederfrequenzschaltungen und Gleichstromkreisen unterscheiden. Daher ist es beim Entwurf der Leiterplatte der Hochfrequenzschaltung notwendig, dem Einfluss des Hochfrequenzsignals auf die Leiterplatte besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Der Funkfrequenzschalter wird über den VXI-Bus gesteuert. Um Interferenzen im Design zu reduzieren, werden der Busschnittstellenschaltsteil und der Funkfrequenzschalter-Funktionskreis durch ein Flachkabel verbunden. Das Folgende führt hauptsächlich das Leiterplattendesign des Hochfrequenzschalter-Funktionsschaltteils ein.

2.1 Layout der Bauteile

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) bezeichnet die Fähigkeit eines elektronischen Systems, normal gemäß den Konstruktionsanforderungen in einer bestimmten elektromagnetischen Umgebung zu arbeiten. Für das Design von Hochfrequenz-Schaltkreisen PCB erfordert die elektromagnetische Verträglichkeit, dass jedes Schaltungsmodul nicht so viel elektromagnetische Strahlung wie möglich produziert und ein gewisses Maß an anti-elektromagnetischer Störfähigkeit aufweist. Das Layout der Komponenten beeinflusst direkt die Interferenz- und Antiinterferenzfähigkeit der Schaltung selbst. Es beeinflusst auch direkt die Leistung der entworfenen Schaltung.

Das allgemeine Prinzip des Layouts: Komponenten sollten so weit wie möglich in die gleiche Richtung angeordnet werden, und schlechtes Löten kann reduziert oder sogar vermieden werden, indem die Richtung gewählt wird, in der die Leiterplatte in das Lötsystem eintritt; Es muss mindestens 0,5mm Abstand zwischen den Komponenten geben, um die Lötanforderungen der Komponenten zu erfüllen Wenn der Platz der Leiterplatte es zulässt, sollte der Abstand der Komponenten so weit wie möglich sein.

Die vernünftige Anordnung der Komponenten ist auch Voraussetzung für eine vernünftige Verdrahtung, daher sollte sie umfassend berücksichtigt werden. In diesem Entwurf wird das Relais verwendet, um das Hochfrequenzsignal umzuwandeln, so dass das Relais so nah wie möglich am Signaleingangs- und Ausgangsende platziert werden sollte, um die Länge der Hochfrequenzsignalleitung zu minimieren und ein angemessenes Layout für den nächsten Schritt zu schaffen. überlegen.

Darüber hinaus wird der Hochfrequenz-Schaltkreis durch den VXI-Bus gesteuert, und der Einfluss des Hochfrequenz-Signals auf das VXI-Bus-Steuersignal ist auch ein Problem, das während des Layouts berücksichtigt werden muss.

2.2 Verkabelung

Nachdem das Layout der Komponenten grundsätzlich abgeschlossen ist, muss die Verkabelung gestartet werden. Das Grundprinzip der Verdrahtung ist: Wenn die Baugruppendichte es zulässt, versuchen Sie, Verdrahtungsdesign niedriger Dichte zu verwenden, und die Signalverdrahtung ist so dick wie möglich, was zur Impedanzanpassung förderlich ist.

Bei Hochfrequenzschaltungen kann die unzumutbare Auslegung von Signalleitungsrichtung, -breite und -abstand zu Querstörungen zwischen Signalübertragungsleitungen führen; Darüber hinaus weist das Systemnetzteil selbst auch Rauschunterdrücke auf, so dass bei der Auslegung der Hochfrequenzschaltung PCB umfassende Berücksichtigung erforderlich ist. Angemessene Verkabelung.

Bei der Verdrahtung sollten alle Spuren weit von der Grenze der Leiterplatte entfernt sein (etwa 2mm), um Drahtbruch oder versteckte Gefahren zu vermeiden, wenn die Leiterplatte hergestellt wird. Das Netzkabel sollte so breit wie möglich sein, um den Schleifenwiderstand zu reduzieren. Gleichzeitig müssen die Richtung des Netzkabels und des Erdungskabels mit der Richtung der Datenübertragung übereinstimmen, um die Störfestigkeit zu verbessern. Die Signalleitungen sollten so kurz wie möglich sein und die Anzahl der Durchkontaktierungen sollte so weit wie möglich reduziert werden; Die Verkabelung zwischen den Komponenten sollte so kurz wie möglich sein, um die Verteilungsparameter und gegenseitige elektromagnetische Störungen zu verringern; Die inkompatiblen Signalleitungen sollten so weit wie möglich voneinander ferngehalten werden, und versuchen Sie, paralleles Routing zu vermeiden, und die Signallinien auf der Vorder- und Rückseite sollten senkrecht zueinander sein: Beim Routing sollten die Ecken 135 Grad betragen, vermeiden Sie das Drehen rechtwinkliger Winkel.

Im obigen Design verwendet die Leiterplatte eine vierschichtige Platine. Um den Einfluss des Hochfrequenzsignals auf das VXI-Bussteuersignal zu reduzieren, werden die beiden Signalleitungen jeweils in den mittleren zwei Schichten platziert, und die Hochfrequenzsignalleitung ist mit einer Erdung über Band abgeschirmt.

2.3 Netzkabel und Erdungskabel

Die wiring in the PCB-Design der Hochfrequenzschaltung needs to be particularly emphasized is the correct wiring of the power line and the ground line. Die vernünftige Wahl der Stromversorgung und des Erdungskabels ist eine wichtige Garantie für den zuverlässigen Betrieb des Instruments. Eine ganze Menge Störquellen auf der Leiterplatte Der Hochfrequenzkreis wird durch die Stromversorgung und das Erdungskabel erzeugt, und die Störgeräusche, die durch den Erdungskabel verursacht werden, ist die größte. Je nach Größe der Leiterplatte aktuell, Stromleitung und Erdungsleitung sollten so dick und kurz wie möglich ausgelegt sein, um den Schleifenwiderstand zu reduzieren. Zur gleichen Zeit, Machen Sie die Richtung der Stromleitung und der Erdleitung konsistent mit der Richtung der Datenübertragung, das hilft, die Anti-Lärm-Fähigkeit zu verbessern. Wenn die Bedingungen es zulassen, versuchen, mehrschichtige Bretter zu verwenden, Vierschichtige Bretter sind 20dB niedriger als doppelseitige Bretter, und sechsschichtige Bretter sind 10dB niedriger als vierschichtige Bretter.

Bei der in diesem Artikel entworfenen vierlagigen Leiterplatte sind sowohl die obere als auch die untere Schicht als Erdungsschichten ausgelegt. Auf diese Weise, unabhängig davon, welche Schicht der mittleren Schicht die Leistungsschicht ist, ist die physikalische Beziehung zwischen der Leistungsschicht und der Masseschicht nah beieinander, bildet einen großen Entkopplungskondensator und reduziert die Interferenz, die durch den Erdungskabel verursacht werden.

Für die Bodenschicht wird eine große Fläche aus Kupfer verwendet. Der großflächige Kupferpflaster hat hauptsächlich die folgenden Funktionen:

(1) EMV. Für großflächiges Erdungs- oder Netzteilkupfer spielt es eine Abschirmrolle.

(2) PCB Prozessanforderungen. Allgemein, um sicherzustellen, dass die Wirkung der Galvanik oder die Laminierung nicht verformt wird, Kupfer wird auf die PCB Schichten mit weniger Verdrahtung.

(3) Die Signalintegrität ist erforderlich, um einen vollständigen Rückweg für hochfrequente digitale Signale bereitzustellen und die Verkabelung des Gleichstromnetzes zu reduzieren.

(4) Wärmeableitung, Kupferüberzug ist für die Installation von speziellen Geräten usw. erforderlich.

3 Schlussfolgerung

Die VXI bus system is a modular instrument bus system that is completely open in the world and is suitable for multiple Herstellers. Es ist das neueste Instrument Bus System in der Welt. Das obige führt hauptsächlich die Entwicklung von Hochfrequenzschaltermodul basierend auf VXI bus. Einführung des Designs der Busschnittstelle und des Designs der Leiterplatte des Funktionsschaltteils des Hochfrequenzschaltermoduls. Der Funkfrequenzschalter wird durch die VXI bus, Das erhöht die Flexibilität der Schalterbedienung und ist bequem zu bedienen.