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Blogue PCB - Conception de PCB à grande vitesse basée sur Protel

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Conception de PCB à grande vitesse basée sur Protel

2022-02-24
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Author:pcb

Dans le processus de conception de circuits imprimés à grande vitesse, certains principes liés à la mise en page et au câblage doivent être pris en compte lors de l'utilisation du logiciel de conception Protel, offrant des techniques pratiques et éprouvées de mise en page et de câblage de circuits imprimés à grande vitesse, améliorant la conception de circuits imprimés à grande vitesse. Faisabilité et efficacité. Les résultats montrent que la conception réduit le cycle de développement du produit et améliore la compétitivité du marché.

1. Quelqu'un a posé la question


Avec l'augmentation considérable de la complexité et de l'intégration dans la conception des systèmes électroniques, les vitesses d'horloge et les temps de montée des dispositifs de plus en plus rapides, la conception de circuits à grande vitesse est devenue une partie importante du processus de conception. Dans la conception de circuits à grande vitesse, L'inductance et la capacité sur la carte peuvent rendre le fil équivalent à une ligne de transmission. Un placement incorrect des composants de terminaison ou un acheminement incorrect des signaux à grande vitesse peut entraîner des problèmes d'effet de ligne de transmission et donc des données incorrectes en sortie du système, Mauvais fonctionnement du circuit, Ou même ne pas opérer du tout. Sur la base du modèle de ligne de transmission, on peut conclure que la ligne de transmission apportera des effets néfastes tels que la réflexion du signal, la diaphonie, les interférences électromagnétiques, l'alimentation et le bruit de terre à la conception du circuit. Pour concevoir une carte PCB haute vitesse qui fonctionne de manière fiable, la conception doit être soigneusement examinée afin de résoudre certains problèmes de fiabilité qui peuvent survenir lors de la mise en page et du câblage, réduction du cycle de développement des produits, Améliorer la compétitivité du marché.

PCB board

2. Conception de la disposition du système haute fréquence


Dans la conception de la carte PCB du circuit, la mise en page est un lien important, Les résultats du câblage influeront directement sur l'effet du câblage et la fiabilité du système, Cela prend du temps et est difficile dans toute la conception de la carte de circuit imprimé. L'environnement complexe des cartes PCB haute fréquence rend les connaissances théoriques apprises difficiles à utiliser pour la conception de la disposition des systèmes haute fréquence. Cela nécessite que les personnes chargées de la mise en page aient une vaste expérience de la fabrication de cartes PCB à grande vitesse pour éviter le processus de conception. Contrôler le courant et améliorer la fiabilité et l'efficacité du fonctionnement du circuit. Pendant la mise en page, La construction mécanique, la dissipation thermique, les perturbations électromagnétiques, le commerce du futur, l'esthétique doivent être pris en compte de manière intégrée. Tout d'abord, divisez la fonction de l'ensemble du circuit avant la disposition, séparez le circuit haute fréquence du circuit basse fréquence et le circuit analogique du circuit numérique. On évite les retards de transmission dus aux longs conducteurs, Amélioration de l'effet de découplage du condensateur. De plus, faites attention à la position relative et à l'orientation des broches et des éléments de circuit, ainsi que d'autres tuyaux, afin de réduire les interactions. Tous les composants haute fréquence doivent être éloignés du châssis et des autres plaques métalliques afin de réduire les couplages parasites. Deuxièmement, Lors de la mise en page, il convient de prêter attention aux effets thermiques et électromagnétiques entre les composants. Ces effets sont particulièrement graves pour les systèmes à haute fréquence et des mesures doivent être prises pour les éloigner ou les isoler, dissiper la chaleur et les protéger. Les tubes redresseurs et régulateurs de forte puissance doivent être équipés de radiateurs et doivent être éloignés du transformateur. Les parties résistantes à la chaleur, telles que les condensateurs électrolytiques, doivent être éloignées des Parties chauffantes. Sinon, l'électrolyte séchera, resulting in increased resistance and poor performance, Cela affecte la stabilité du circuit. Il devrait y avoir suffisamment d'espace dans la disposition pour organiser la structure de protection et empêcher l'introduction de divers couplages parasites. Empêcher le couplage électromagnétique entre les bobines sur la carte de circuit imprimé, Les deux bobines doivent être placées à angle droit pour réduire le facteur de couplage. Il est également possible d'utiliser une méthode d'isolation par plaques verticales. La soudure sur le circuit est effectuée directement à l'aide des fils de ses éléments. Plus le temps d'avance est court, mieux c'est. N'utilisez pas de connecteurs et de Plots, En raison de la capacité distribuée et de l'inductance distribuée entre les Pads adjacents. Évitez de placer des éléments bruyants autour de l'oscillateur à cristaux, RIN, Tension analogique, Et des traces de signaux de tension de référence. Jongler avec l'esthétique globale tout en garantissant la qualité intrinsèque et la fiabilité, Planification rationnelle des circuits imprimés, L'ensemble doit être parallèle ou perpendiculaire à la surface de la plaque et parallèle ou perpendiculaire au bord de la plaque principale. La distribution des composants sur la plaque doit être aussi uniforme que possible, La densité devrait être la même. De cette façon, il est non seulement beau, mais aussi facile à installer et à souder, mais aussi facile à produire en série.


3. Câblage du système haute fréquence


Dans les circuits haute fréquence, les paramètres de distribution de la résistance, de la capacité, de l'inductance et de l'inductance mutuelle des fils de connexion ne sont pas négligeables. Du point de vue de l'anti - interférence,Le câblage raisonnable est de minimiser la résistance de la ligne, Capacité distribuée et inductance errante dans le circuit. , Le champ magnétique parasite qui en résulte est réduit dans une certaine mesure, Capacité de distribution, Les flux de fuite, les inductances mutuelles électromagnétiques et autres perturbations causées par le bruit du circuit sont supprimés. L'application des outils de conception Protel en Chine est assez courante. Cependent, de nombreux designers se concentrent uniquement sur le taux de mise en page, Les améliorations apportées aux outils de conception de Protel pour tenir compte des changements dans les caractéristiques de l'équipement n'ont pas non plus été utilisées dans la conception., Cela entraîne non seulement un gaspillage important des ressources des outils de conception, Cela rend difficile de jouer avec les excellentes performances de nombreux nouveaux dispositifs. Voici quelques - unes des fonctionnalités spéciales que l'outil Protel99 se peut offrir.


(1) Moins les fils entre les broches des circuits haute fréquence sont pliés, c'est mieux. Utilisez une ligne droite complète. Lorsque la flexion est nécessaire, elle peut être courbée avec une ligne de pliage à 45° ou un arc de cercle, ce qui permet de réduire les émissions externes et les interférences mutuelles des signaux haute fréquence. Le coupleur. Lors du routage avec Protel, sélectionnez 45 degrés ou arrondi dans le menu design, règles, dans le coin de câblage. Vous pouvez également utiliser Shift + espace pour basculer rapidement entre les lignes.


(2) Plus les broches entre les broches d'un dispositif de circuit haute fréquence sont courtes, mieux c'est. Protel 99 une méthode efficace pour répondre au raccourcissement du câblage consiste à réserver le câblage pour un seul réseau critique à haut débit avant le câblage automatique. Lors de la conception du menu, le terrain et la courtoisie du câblage ont été choisis.


(3) Moins il y a d'alternance entre les couches de fils entre les broches d'un dispositif de circuit haute fréquence, mieux c'est. Wow Moins de trous sont utilisés lors de la connexion des éléments, mieux c'est. Les perchoirs peuvent apporter une capacité répartie de l'ordre de 0,5 PF et la réduction du nombre de perchoirs peut augmenter considérablement la vitesse.


(4) Pour le câblage des circuits haute fréquence, Notez l’interférence croisée présente le parallélisme dans la transmission des signaux. S'il n'est pas possible d'éviter une distribution parallèle, il est possible de disposer une grande surface de "masse" en regard des lignes de signaux parallèles pour réduire fortement les perturbations. Des lignes parallèles dans le même niveau sont presque inévitables, mais dans deux canapés sont adjacents et les directions des lignes doivent être perpendiculaires les unes aux autres, ce qui n’est pas difficile à réaliser dans Protel, mais peut facilement être négligé. Dans le menu "design" de "routinglayers", Sélectionez coulée horizontale supérieure et coulée verticale inférieure. En outre, la fonction "Plan polygonal" est fournie en "position", c'est - à - dire sur la surface de la Feuille de cuivre de la grille polygonale. S'il est placé, le polygone sera considéré comme une surface de toute la carte de circuit imprimé et ce cuivre sera appliqué. Il est connecté au GNd du circuit et peut améliorer la capacité anti - interférence haute fréquence.


(5) Pour les lignes de signalisation ou les unités locales particulièrement importantes, des mesures entourées de lignes de terre doivent être prises. "Outline selectedobjects" est disponible dans "tools" et peut être utilisé pour "mettre à la Terre" automatiquement les lignes de signal importantes sélectionnées (telles que les circuits oscillants LT et X1).(6) Generally, La ligne d'alimentation et la ligne au sol du circuit sont réglées à la largeur de la ligne de signal. You can use "Classes" in the "Design" menu to classify the network into power network and signal network. It is convenient to combine the setting of wiring rules. Switch the line width of power lines and signal lines.


(7) Aucune des différentes traces ne peut former une boucle, ni la ligne de masse une boucle de courant. Si une boucle est générée, elle perturbera considérablement le système. À cet égard, vous pouvez utilise la méthode de la voie chrysanthème, formant des bouquets, des branches ou des souches lors du câblage, mais cela pose également des problèmes de câblage qui ne sont pas faciles.


(8) À partir des données et de la conception des différentes puces, estimer le courant a parcouru le cordon nutritionnel et identifié un plus grand besoin de conducteurs. Selon la formule empirique, on obtient: W (largeur de ligne) â ¥ l (MM / a) â I (A). Selon la taille du courant, essayez d'augmenter la largeur du cordon d'alimentation pour réduire la résistance de la boucle. Dans le temps, l'orientation des lignes électriques et des lignes de terre coïncide avec celle de la transmission des données, cela aide à améliorer la résistance au bruit. Si nécessaire, les séquences d'ordre supérieur dans la ferrite sont traitées pour permettre la conduction des séquences d'ordre supérieur.


(9) La largeur de câblage du même réseau doit rester la même. Un large éventail de changements d'itinéraire aura un impact sur l'itinéraire. Lorsque la vitesse de transmission est élevée, des réflexions se produisent, ce qui devrait être évité autant que possible dans la conception. Dans le même temps, augmentez la largeur des lignes parallèles. Lorsque la distance centrale de la ligne ne passe pas 3 fois la large de la ligne, 70% du champ électrique peut être maintenu sans interférence mutuelle, c'est ce qu'on appelle le principe 3W.. De cette manière, il est possible de s'affranchir de l'influence de la capacité de distribution et de l'inductance de distribution induite par les lignes parallèles.


4. Conception du cordon d'alimentation et du fil de terre


Pour résoudre les chutes de tension causées par le bruit d'alimentation introduit par le circuit haute fréquence et l'impédance de la ligne, on considère la faisabilité d'un système de nutrition dans le circuit. Deux solutions existent: l'une utilise la technologie du bus de puissance; L'autre est un utilisateur de canapés nutritionnels. En revanche, le processus de production de ce dernier est plus complexe et plus coûteux. Tout le monde. Le câblage peut être effectué en utilisant la technologie de bus d'alimentation de type réseau, de sorte que chaque Composite apparait à une boucle différente, et le courant sur chaque bus du réseau tend à s'équilibrer, la chute de tension causee par l'impédance de la ligne. La puissance de transmission à haute fréquence est relativement grande, c'est une surface énorme qui peut être utilisée pour perturber la résistance de plusieurs points de la terre. Comme l'impédance du fil de terre est directement proportionnelle à la fréquence et à la longueur, l'impédance de terre commune augmente lorsque la fréquence de fonctionnement est élevée, ce qui augmente les interférences électromagnétiques générées par la résistance de terre commune, ce qui nécessite que la longueur du fil de terre soit aussi courte que possible. Minimiser la longueur de la ligne de signal et augmenter la surface de la boucle de terre. En outre, dans quatre lieux de naissance de nutriments et dans quatre zones en amont du canal adjacentes aux voies de transport internes, À ce stade, nous avons traversé le cordon nutritionnel de la grande région, dont le produit est considéré comme un bon exemple. Il est nécessaire de choisir comme condensateur de découplage un condensateur céramique capacitif monolithique avec un bon signal haute fréquence. Au lieu des condenseurs électroniques, on utilise des condenseurs au tantale ou en polyester de grande capacité, qui sont des condenseurs courants qui stockent de l'énergie pour charger des circuits électriques. Comme l'inductance de distribution des condensateurs électrolytiques est importante, l'efficacité sur les séquences de haut niveau est la plus élevée. Lors de l'utilisation d'un condensateur électrolytique, il doit être utilisé par paire avec un condensateur de découplage ayant de bonnes caractéristiques à haute fréquence.


5. Autres technologies de conception de circuits à grande vitesse


L'adaptation d'impédance fait référence à l'état de fonctionnement dans lequel l'impédance de charge et l'impédance interne de la source d'excitation sont adaptées l'une à l'autre pour obtenir une sortie de puissance. Lors du câblage d'une carte PCB haute vitesse, afin d'éviter la réflexion du signal, l'impédance requise pour la ligne est de 50 angströms. C'est une approximation. En général, la bande de base d'un câble coaxial est de 50 ),  La bande est de 75 îles et la Paire torsadée est de 100 îles. C'est juste un nombre entier qui facilite l'équipement. Selon l'analyse spécifique du circuit, l'utilisation de la terminaison parallèle AC, l'impédance de terminaison adopte un réseau capacitif résistif. La r ésistance terminale R doit être inférieure ou égale à l'impédance de la ligne de transmission Z0, Le condensateur c doit être supérieur à 100 PF. It is recommended to use a 0.Condensateur céramique multicouche 1uf. Le condensateur a pour fonction de bloquer les basses fréquences et de passer par les hautes fréquences, de sorte que la résistance R n'est pas une charge continue pilotant la source, de sorte que cette méthode de terminaison n'a pas de consommation d'énergie continue. Par diaphonie, on entend une perturbation parasite du bruit de tension générée sur une ligne de transmission adjacente en raison d'un couplage électromagnétique lorsque le signal se propage sur la ligne de transmission. Le couplage est divisé en couplage capacitif et couplage inductif. Trop de diaphonie peut entraîner un mauvais déclenchement du circuit, ce qui empêche le système de fonctionner correctement. Selon certaines caractéristiques de la diaphonie, on peut résumer plusieurs façons principales de réduire la diaphonie:


(1) Augmentation de l'espacement des lignes, Répertoire la longue parallèle, câblage en virage si nécessaire.
(2) Augmenter l'adaptation de terminaison peut réduire ou éliminer la réflexion lorsque la ligne de signal à grande vitesse remplit la condition, Pour réduire les échanges.
(3) Pour les lignes de transmission microruban et ruban, la diaphonie peut être considérablement réduite en limitant la hauteur des traces à une plage supérieure au plan de masse.
(4) Insérer une ligne de terre entre deux lignes avec une diaphonie sévère lorsque l'espace de câblage le permet, peut jouer un rôle d'isolement, réduire les échanges.


Manque d'analyse à haute vitesse et de conseils de simulation en raison de la conception de carte PCB traditionnelle, La qualité du signal n'est pas garantie, Et la plupart des problèmes ne sont pas détectés avant le test de fabrication de plaques. Cela réduit considérablement l'efficacité de la conception et augmente les coûts, Cela est clairement défavorable dans la concurrence féroce du marché. De plus, pour la conception de cartes PCB à grande vitesse, les initiatives de l’industrie ont présenté de nouveaux concepts qui sont devenus une approche de conception descendante.Analyse et optimisation des politiques, most of the possible problems have been avoided and saved A lot of time, Veiller à ce que le budget du projet soit respecté, Produire des plaques d'impression de haute qualité, tester les erreurs rapides et rapides, etc. la transmission du signal de différentes lignes est un moyen efficace de contrôler les défauts internes du signal. Les lignes différentielles sur une carte de circuit imprimé sont équivalentes à des paires de lignes de transmission intégrées micro - ondes différentielles fonctionnant en mode quasi - tem, avec un couplage microbande oúla ligne différentielle située sur la couche supérieure ou la couche innovante PCB esthétique à la ligne sur une carte PCB multicouche. La différence du canapé international, l'équivalent d'une bande de couplage de grandes frontières. Lorsque le signal numérique est transmis sur une ligne différentielle, il s'agit d'un mode de transmission, c'est - à - dire que la différence de phase entre les signaux positifs et négatifs est de 180° et que le bruit est couplé en mode commun sur une paire de lignes différentielles. La tension du circuit est faible, ce qui permet d'obtenir un signal pour éliminer le bruit de mode commun. L'ampleur des tensions signifie que la différence entre les deux hommes conduira à une grande convergence et à une intégration énergétique.



6. Conclusion


Avec l'évolution constante de l'électronique, il est impératif de comprendre la théorie de l'intégrité du signal, la théorie ensuite, les lignes directrices et de valider le concept de PCB à grande vitesse. Les expériences présentées dans cet article se sont révélées utiles pour aider les concepteurs de PCB à mener des recherches à grande échelle tout au long du cycle de développement, en évitant les détours inutiles et en contribuant au développement économique des ressources humaines et matérielles. Les concepteurs doivent constamment rechercher et explorer dans le travail réel, accumuler de l'expérience et combiner les nouvelles technologies pour concevoir des cartes PCB haute vitesse avec d'excellentes performances.