Diseño electrónico - Diseño antiinterferencia de PCB de alta velocidad basado en DSP

Introducción

Con la amplia aplicación de DSP (procesador de señal digital), el diseño de placas de PCB de procesamiento de señal de alta velocidad basadas en DSP es particularmente importante. En el sistema dsp, la frecuencia de funcionamiento del procesador DSP puede alcanzar cientos de mhz. Sus líneas de reinicio, líneas de interrupción y control, interruptores de circuitos integrados, circuitos de conversión a / D de alta precisión y circuitos que contienen señales analógicas débiles son vulnerables a la interferencia; Por lo tanto, para diseñar y desarrollar un sistema DSP estable y confiable, el diseño antiinterferencia es muy importante.

1 Análisis de la generación de interferencia del sistema DSP

Para el sistema dsp, las principales interferencias provienen de los siguientes aspectos:

Interferencia del Canal 1.i / O. Se refiere a la interferencia que entra en el sistema a través de canales delanteros y traseros, como el enlace de adquisición de datos del sistema dsp. La interferencia se superpone a la señal a través de sensores, lo que aumenta el error de adquisición de datos. En el enlace de salida, la interferencia puede aumentar los errores de datos de salida e incluso causar errores completos, lo que puede causar un colapso del sistema. Los dispositivos de acoplamiento óptico se pueden utilizar razonablemente para reducir la interferencia en los canales de entrada y salida, y se pueden utilizar sensores y sistemas principales de DSP para aislar la interferencia.

2. interferencia del sistema eléctrico. La principal fuente de interferencia de todo el sistema dsp. La fuente de alimentación añade su ruido a la fuente de alimentación mientras suministra energía al sistema. En el proceso de diseño del Circuito del chip de alimentación, el cable de alimentación debe desvincularse.

3. interferencia de acoplamiento de radiación espacial. El acoplamiento a través de la radiación generalmente se llama conversación cruzada. La conversación cruzada se produce en un campo electromagnético generado cuando la corriente fluye a través del cable, que induce una corriente instantánea en el cable adyacente, lo que resulta en una distorsión de la señal cercana e incluso un error. La intensidad de la conversación cruzada depende del tamaño geométrico y la distancia de separación del dispositivo y el cable. En el cableado dsp, cuanto mayor sea la distancia entre las líneas de señal y más cerca de la línea de tierra, más eficaz será reducir las conversaciones cruzadas.

2 diseño de PCB para causas de interferencia

La siguiente muestra cómo reducir las diversas interferencias durante la fabricación de PCB en el sistema dsp.

2.1 diseño de laminados multicapa

En los circuitos digitales de alta velocidad dsp, para mejorar la calidad de la señal, reducir la dificultad de cableado y aumentar el EMC del sistema, generalmente se adopta un diseño de varias capas. El diseño de apilamiento puede proporcionar la ruta de retorno más corta, reducir el área de acoplamiento y suprimir la interferencia de modo diferencial. En el diseño de apilamiento, la distribución de la capa de potencia especial y la capa de puesta a tierra, así como el estrecho acoplamiento de la capa de puesta a tierra y la capa de potencia, favorecen la supresión de la interferencia de modo común (el uso de planos adyacentes para reducir la resistencia de ca de los planos de potencia). Tomando como ejemplo la placa de cuatro capas, se explica el plan de diseño de la capa.

Hay muchas ventajas de adoptar esta estructura de diseño de PCB de cuatro capas. Hay una capa de alimentación debajo de la planta superior, y el pin de alimentación del componente se puede conectar directamente a la fuente de alimentación sin pasar por el plano de tierra. Las señales clave se seleccionan en la parte inferior (inferior), lo que hace que el espacio de cableado de las señales importantes sea mayor y que el dispositivo se coloque en la misma capa tanto como sea posible.

2.2 diseño de diseño

Para obtener el mejor rendimiento del sistema dsp, el diseño de los componentes es muy importante. Primero se colocan dispositivos dsp, flash, SRAM y pld, se considera cuidadosamente el espacio de cableado, luego se colocan otros IC de acuerdo con el principio de independencia funcional, y finalmente se considera la colocación de puertos de E / S. Combinando el diseño anterior, considere el tamaño del pcb: si el tamaño es demasiado grande, la línea de impresión será demasiado larga, la resistencia al ruido aumentará, la resistencia al ruido disminuirá y el costo de la placa aumentará; Si el PCB es demasiado pequeño, la disipación de calor no es buena, el espacio también se limitará y las líneas adyacentes serán vulnerables a la interferencia. Por lo tanto, el equipo debe seleccionarse de acuerdo con las necesidades reales, combinado con el espacio de cableado, para calcular aproximadamente el tamaño del pcb. Al organizar el sistema dsp, se debe prestar especial atención a la colocación de los siguientes equipos.

(1) diseño de señales de alta velocidad

En todo el sistema dsp, las principales líneas de señal digital de alta velocidad se encuentran entre el DSP y flash y el sram, por lo que la distancia entre los dispositivos debe ser lo más cercana posible y su conexión debe ser lo más corta y directa posible. Por lo tanto, para reducir el impacto de la línea de transmisión en la calidad de la señal, el rastro de la señal de alta velocidad debe ser lo más corto posible. Además, teniendo en cuenta que muchos chips DSP con velocidades de hasta cientos de MHz requieren devanados en forma de serpiente (ajuste de retraso). Esto se destacará en el siguiente cableado.

(2) diseño de equipos digitales y analógicos

La mayoría de los sistemas DSP no tienen un solo circuito funcional y utilizan en gran medida dispositivos digitales cm0s y dispositivos mixtos digital - analógico, por lo que el diseño digital - analógico debe separarse. El dispositivo de señal analógica se concentra en la medida de lo posible, de modo que el suelo analógico puede dibujar una zona independiente perteneciente a la señal analógica en medio de todo el suelo digital para evitar la interferencia de la señal digital en la señal analógica. Algunos dispositivos híbridos digitales - analógicos, como los convertidores D / a, tradicionalmente considerados dispositivos analógicos, se colocan en suelo analógico y proporcionan bucles digitales para permitir que el ruido digital se retroalimente a la fuente de señal, reduciendo así el impacto del ruido digital en el suelo analógico.

(3) disposición del reloj

Para relojes, selección de chips y señales de autobús, Manténgase lo más alejado posible de las líneas de E / S y los conectores. La entrada del reloj del sistema DSP es muy vulnerable a la interferencia y su procesamiento es muy crítico. Asegúrese siempre de que el generador de reloj esté lo más cerca posible del chip DSP y que la línea de reloj sea lo más corta posible. La carcasa del Oscilador de cristal del reloj está preferentemente fundamentada.

(4) diseño desacoplado

Con el fin de reducir el sobreimpulso instantáneo del voltaje a la fuente de alimentación del chip de circuito integrado, se ha añadido un capacitor de desacoplamiento al chip de circuito integrado, que puede eliminar eficazmente el impacto de las rebabas en la fuente de alimentación y reducir la reflexión del Circuito de Alimentación sobre los pcb. La adición de condensadores de desacoplamiento puede eludir el ruido de alta frecuencia de los dispositivos de circuitos integrados, o puede usarse como condensadores de almacenamiento de energía para proporcionar y absorber la carga y descarga instantáneas de energía del interruptor de puerta de circuitos integrados.

En el sistema dsp, colocar condensadores de desacoplamiento para cada circuito integrado, como dsp, sram, flash, etc., y añadirlos entre cada fuente de alimentación y puesta a tierra del chip, y prestar especial atención a los condensadores de desacoplamiento lo más cerca posible del terminal de alimentación (fuente) y el pin del componente ic. Asegúrese de la pureza de la corriente de los terminales de alimentación (terminales de alimentación) y el ic, y reduzca la ruta de ruido tanto como sea posible.

(5) diseño de la fuente de alimentación

Al desarrollar el sistema dsp, es necesario considerar cuidadosamente la fuente de alimentación. Debido a que algunos chips de alimentación generan una gran cantidad de calor, deben colocarse en una posición propicia para la disipación de calor y a cierta distancia de otros componentes de pcb. Puede usar radiadores o colocar disipadores de calor de cobre debajo del equipo. Tenga cuidado de no colocar el componente de calefacción en la parte inferior de la placa de desarrollo.