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Conception anti - interférence des PCB à grande vitesse DSP
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Conception anti - interférence des PCB à grande vitesse DSP

Conception anti - interférence des PCB à grande vitesse DSP

2022-08-03
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Author:pcb

With Celui - ci. wide application of DSP (Digital Signal ProceArt.sor), Conception d'un système de traitement des signaux à grande vitesse PCB board La conception basée sur DSP est particulièrement importante. Dans le système DSP, Les microprocesseurs DSP peuvent fonctionner à des centaines de MHz, Et sa ligne de réinitialisation, Lignes d'interruption et de commande, Commutateur de circuit intégré, Haute précision a/Circuit de conversion d, Les circuits contenant des signaux analogiques faibles sont facilement perturbés. Par conséquent, concevoir et développer un système DSP stable et fiable, La conception anti - interférence est très importante. Interférence, Ou l'énergie d'interférence, Mettre le récepteur dans un état inattendu. There are two types of Interférence: direct (coupling via conductors, Co - impédance, Attendez..) and indirect (coupling via crosstalk or radiation). De nombreuses sources d'émission électrique, Comme la lumière, Moteur, Et les lampes fluorescentes, Peut causer des interférences, and there are three necessary ways for electromagnetic interference (EMI) to have an impact, C'est - à - dire:, Source d'interférence, Voies de transmission, Et les récepteurs interférents. Il n'a qu'à en couper un.. Problèmes d'interférence électromagnétique.

PCB board

1. Analyse des interférences dans le système DSP

Afin de rendre le système DSP stable et fiable, l'interférence doit être éliminée sous tous ses aspects, sinon complètement, l'interférence doit être réduite autant que possible. Pour les systèmes DSP, les principales sources d'interférence sont les suivantes:

Interférence des canaux d'entrée et de sortie. Cela signifie que l'interférence entre dans le système par des canaux avant et arrière, comme la liaison d'acquisition de données du système DSP, et que l'interférence est superposée au signal par des capteurs, ce qui augmente l'erreur d'acquisition de données. Dans la liaison de sortie, l'interférence augmente les erreurs de données de sortie, voire les erreurs complètes, ce qui entraîne un crash du système. L'utilisation rationnelle des dispositifs optocoupleurs peut réduire l'interférence des canaux d'entrée et de sortie. Pour les interférences des capteurs et du système principal DSP, une isolation électrique peut être utilisée pour introduire des interférences positives.

Interférence du système électrique. La principale source d'interférence de l'ensemble du système DSP. Lorsque l'alimentation électrique est fournie au système, elle ajoute également du bruit à l'alimentation électrique, de sorte que les lignes électriques doivent être découplées lors de la conception des circuits à puce de puissance.

Interférence couplée du rayonnement spatial. Le couplage par rayonnement est souvent appelé crosstalk. Lorsque le courant circule à travers le fil, des échanges se produisent, ce qui fait que le champ électromagnétique induit un courant transitoire dans le fil adjacent, ce qui entraîne une distorsion ou même une erreur du signal adjacent. L'intensité du Crosstalk dépend de l'équipement, de la géométrie du fil et de la distance d'espacement. Dans le câblage DSP, plus la distance entre la ligne de signal et la ligne au sol est grande, plus la ligne au sol est proche, plus le crosstalk peut être efficacement réduit.



2.. Conception PCB board for the cause of the interference

Les méthodes de réduction des interférences dans le processus de fabrication des PCB du système DSP sont présentées ci - dessous.

2.1 conception stratifiée de panneaux multicouches

Dans le circuit numérique à grande vitesse DSP, afin d'améliorer la qualité du signal, de réduire la difficulté de câblage et d'augmenter l'EMC du système, la conception de l'empilement de panneaux multicouches est généralement adoptée. La conception de l'empilement peut fournir un chemin de retour court, réduire la zone de couplage et supprimer l'interférence en mode différentiel. Dans la conception de l'empilement, l'alimentation électrique dédiée et le plan de mise à la terre sont distribués et le plan de mise à la terre et d'alimentation est étroitement couplé pour supprimer les interférences en mode commun (en utilisant des plans adjacents pour réduire l'impédance AC du plan d'alimentation). Il y a une couche d'alimentation sous le niveau supérieur, et les broches d'alimentation des composants peuvent être connectées directement à l'alimentation électrique sans passer par le plan de mise à la terre. Les signaux critiques sont sélectionnés au niveau inférieur (le niveau inférieur) de sorte que l'espace de routage des signaux critiques soit plus grand et que l'équipement soit placé sur le même niveau autant que possible. Si cela n'est pas nécessaire, n'utilisez pas de pièces à deux couches pour fabriquer des circuits imprimés, ce qui augmentera le temps d'assemblage et la complexité de l'assemblage. Par exemple, dans la couche supérieure, les dispositifs à faible puissance calorifique (tels que les condensateurs de découplage (Patches)) ne sont placés sur la couche inférieure que lorsque les composants de la couche supérieure sont trop denses. Pour les systèmes DSP, il peut être nécessaire de poser un grand nombre de fils, qui peuvent être acheminés à l'intérieur à l'aide d'une conception empilée. Si les trous de travers traditionnels gaspillent beaucoup d'espace de câblage précieux, des trous de travers enfouis aveugles peuvent être utilisés pour augmenter la surface de câblage.


2.2 conception de la disposition

La disposition des composants est importante pour obtenir la performance du système DSP. Placez d'abord les périphériques DSP, flash, SRAM et CPLD, qui devraient examiner attentivement l'espace de routage, puis placez d'autres IC selon le principe de l'indépendance fonctionnelle, et considérez le placement des ports d'E / S. Compte tenu de la disposition ci - dessus, la taille de la carte PCB est prise en considération: si la taille est trop grande, la ligne d'impression est trop longue, l'impédance augmente, la capacité anti - bruit diminue et le coût de fabrication de la carte augmentera également; Si la carte PCB est trop petite, la dissipation de chaleur sera faible, l'espace sera limité et les lignes adjacentes seront facilement perturbées. Par conséquent, l'équipement doit être sélectionné en fonction des besoins réels et la taille des PCB doit être calculée grossièrement en fonction de l'espace de câblage. Lors de la mise en place du système DSP, une attention particulière doit être accordée à l'emplacement des composants suivants.

Disposition du signal à grande vitesse: dans l'ensemble du système DSP, les principales lignes de signal numérique à grande vitesse sont situées entre DSP, flash et SRAM, de sorte que la distance entre les équipements doit être aussi proche que possible, la connexion doit être aussi courte que possible et directement connectée. Par conséquent, afin de réduire l'influence de la ligne de transmission sur la qualité du signal, la trace du signal à grande vitesse doit être aussi courte que possible. Il faut également tenir compte du fait que de nombreuses puces DSP à des vitesses de plusieurs centaines de MHz nécessitent un enroulement en forme de serpent. Ceci est mis en évidence dans le câblage ci - dessous.

Disposition de l'équipement numérique et analogique: la plupart des systèmes DSP ne sont pas des circuits à fonction unique et utilisent une grande quantité d'équipement numérique et d'équipement mixte numérique et analogique CMO, de sorte que l'équipement numérique / analogique doit être disposé séparément. L'équipement de signalisation analogique doit être aussi centralisé que possible afin que la zone indépendante appartenant au signal analogique puisse être tracée analogiquement au milieu de l'ensemble du sol numérique afin d'éviter toute interférence entre le signal numérique et le signal analogique. Certains dispositifs de mélange numérique - analogique, tels que les convertisseurs D / a, sont traditionnellement considérés comme des dispositifs analogiques et sont placés sur le sol analogique et reçoivent une boucle numérique pour transmettre le bruit numérique à la source du signal afin de réduire le bruit numérique. Impact sur la mise à la terre simulée.

Disposition de l'horloge: pour l'horloge, la sélection des puces et le signal du bus, il doit être aussi loin que possible des lignes d'E / s et des connecteurs. L'entrée de l'horloge dans le système DSP est facile à interférer et son traitement est très important. Gardez toujours le générateur d'horloge aussi près que possible de la puce DSP et Gardez la ligne d'horloge aussi courte que possible. Le boîtier de l'oscillateur à cristaux d'horloge est mis à la terre.

Disposition du découplage: afin de réduire la surtension instantanée de la tension sur l'alimentation électrique de la puce IC, un condensateur de découplage est ajouté à la puce IC, ce qui peut efficacement éliminer l'influence du Burr sur l'alimentation électrique et réduire le circuit de puissance sur la carte PCB. Réflexe L'ajout d'un condensateur de découplage peut contourner le bruit à haute fréquence des dispositifs de circuit intégré et peut également être utilisé comme condensateur de stockage pour fournir et absorber l'énergie de charge et de décharge lors de la commutation des portes de circuit intégré. Dans les systèmes DSP, les condensateurs de découplage sont placés sur chaque circuit intégré, par exemple DSP, SRAM, flash, Attendez.., et ajoutés entre chaque source d'énergie et la mise à la terre de la puce, une attention particulière étant accordée aux condensateurs de découplage aussi près que possible du terminal d'alimentation et de l'IC. Une partie du pied. Assurez - vous de la pureté du courant du côté de l'alimentation (côté de l'alimentation) au ci et réduisez au minimum la trajectoire du bruit. Les condensateurs doivent être manipulés à l'aide d'un trou à grande échelle ou d'un trou à plusieurs voies, et la connexion entre le trou à travers et le condensateur doit être aussi courte et épaisse que possible. Lorsque deux trous de travers sont très éloignés les uns des autres, le chemin est trop grand, ce qui n'est pas bon; Plus les deux trous de travers du condensateur de découplage sont proches, mieux c'est, de sorte que le bruit peut atteindre le sol par de courts trajets. De plus, il est très utile d'ajouter des condensateurs à haute fréquence à l'alimentation électrique ou à la batterie. Dans des conditions normales, la valeur du condensateur de découplage n'est pas très stricte. En général, on calcule sur la base de C = L / C, c'est - à - dire que lorsque la fréquence est de 10 MHz, on prend un condensateur de 0,1 ¼ f.

Disposition de l'alimentation électrique: lors du développement du système DSP, l'alimentation électrique doit être soigneusement prise en considération. Étant donné que certaines puces de puissance produisent une grande quantité de chaleur, elles doivent être placées de préférence dans un endroit favorable à la dissipation de chaleur et à une certaine distance des autres composants. La dissipation de chaleur peut être obtenue en ajoutant un radiateur ou en plaçant du cuivre sous l'unit é. Veillez à ne pas placer l'ensemble chauffant au rez - de - chaussée du tableau de développement.

Autres considérations: pour la disposition des autres composants du système DSP, les exigences relatives à la facilité de soudage, à la facilité de mise en service et à l'esthétique doivent être prises en considération autant que possible. Par exemple, les dispositifs réglables tels que les potentiomètres, les bobines d'inductance réglables, les condensateurs variables et les interrupteurs DIP doivent être placés en combinaison avec la structure globale. Pour les équipements de plus de 15 g, des supports de fixation doivent être ajoutés et soudés, en accordant une attention particulière aux trous de positionnement des PCB et à la position des supports de fixation. La distance entre les éléments situés sur le bord de la carte PCB et le bord de la carte PCB n'est généralement pas inférieure à 2 mm, la carte PCB est rectangulaire et le rapport d'aspect est de 3: 2 ou 4; 3.


2.3 conception du câblage

Compte tenu de l'amélioration de la capacité anti - interférence du système DSP et de la capacité de mise en page EMC, certaines mesures et techniques doivent être prises lors du câblage.

Câblage DSP: le câblage commence généralement par l'équipement et s'étend autour de celui - ci. Pour les dispositifs encapsulés dans pqfp (Plastic four plane Package) ou BGA (bail Grid Array), tels que DSP, la direction du câblage doit être approximativement déterminée en fonction de l'emplacement de la disposition du SRAM, du flash et du CPLD, et les broches doivent être éventrées. Le ventilateur est particulièrement important pour les appareils de type qfp et BGA. Au début du câblage, le ventilateur des broches de l'appareil BGA peut économiser du temps pour le câblage subséquent et améliorer la qualité et l'efficacité du câblage. Lors du câblage, utilisez raisonnablement les fonctions des outils Eda, comme le câblage dynamique des cartes de circuits imprimés d'alimentation électrique, pour planifier l'espace. Lorsque vous utilisez Dynamic, cette fonction maintient automatiquement l'espacement des fils à l'intérieur des règles sans gaspillage d'espace, réduit les modifications subséquentes et améliore la qualité et l'efficacité du câblage. Pour les DSP à grande vitesse, une attention particulière doit également être accordée au traitement du routage par Crosstalk et par réglage différé. Le serpentage assure l'intégrité du signal et la continuité du plan de référence du signal à grande vitesse. Lorsque le plan doit être divisé, veillez à ne pas laisser la ligne à grande vitesse traverser un plan discontinu; Si vous devez traverser, ajoutez un condensateur à l'avion. Lorsque l'intervalle de la ligne de signal (trace) est trois fois la largeur de la ligne de signal, la probabilité de communication croisée (couplage) entre les signaux n'est que d'environ 25%, de sorte que les exigences en matière d'interférence électromagnétique (EMI) peuvent être satisfaites. Par conséquent, pour les lignes de signalisation à grande vitesse, comme Clk et SRAM, n'oubliez pas de vous tenir à l'écart des lignes de signalisation adjacentes de plus de trois fois la largeur. Lors du réglage de la longueur, c'est - à - dire de la trajectoire du serpent, la largeur de la ligne et de la ligne doit être supérieure à 3 fois la largeur de la ligne de signal, y compris sa propre ligne de signal, et sa largeur doit également être 3 fois la ligne de signal. La largeur de la ligne est de 5 mils et la distance à l'intérieur de l'enroulement est de 15 mils, ce qui est supérieur ou égal à 3 fois la largeur de la ligne.

Câblage de l'horloge: pour le signal de l'horloge, la distance de câblage des autres signaux doit être aussi grande que possible, et la distance doit être supérieure à 4 fois la largeur de la ligne. Le câblage sous l'horloge (composant) n'est pas autorisé; Pour les lignes d'entrée de tension analogiques, les bornes de tension de référence et les lignes de signal d'entrée / sortie doivent être aussi éloignées que possible de l'horloge.

Alimentation électrique du système de traitement: l'alimentation électrique est un élément important du système. Une couche d'alimentation séparée est assignée dans la conception de l'empilement des PCB, mais comme le système DSP a une variété d'appareils numériques et analogiques, de nombreuses sources d'alimentation sont également utilisées, de sorte que la couche d'alimentation est divisée en appareils ayant les mêmes caractéristiques d'alimentation. Divisé en la même zone, il peut être connecté au plan d'alimentation voisin. Toutefois, une attention particulière doit être accordée à la continuité du signal dans le plan de puissance de référence lors de la Division. Les résultats expérimentaux montrent qu'il est possible de s'assurer que le courant passant par 40 mil de largeur de ligne est 1a; Pour le passage l, le courant 1a peut passer par un diamètre de forage de 16 mils, de sorte que le cordon d'alimentation peut être supérieur à 20 mils pour les systèmes DSP. Pour la radioprotection électromagnétique sur les lignes électriques, veuillez noter ce qui suit: utiliser un condensateur de dérivation pour limiter les fuites de courant alternatif sur la carte de circuit; La bobine d'étranglement en mode commun est reliée en série à la ligne électrique pour limiter le courant en mode commun à travers la ligne. Le câblage est proche de la réduction de la zone de rayonnement magnétique.

Traitement de la mise à la terre: dans tous les problèmes de CEM, le principal problème est une mise à la terre inadéquate. La qualité du traitement des fils au sol affecte directement la stabilité et la fiabilité du système. La mise à la terre a les fonctions suivantes: réduire la tension en mode commun VCM sur la ligne de sortie; Réduire la sensibilité à l'électricité statique (ESD); Réduire le rayonnement électromagnétique. Les circuits de mise à la terre des circuits numériques à haute fréquence et des circuits analogiques à basse fréquence ne doivent pas être mélangés et la mise à la terre numérique / analogique doit être séparée, car le bruit se produit dans l'alimentation électrique et la mise à la terre lorsque les circuits numériques sont commutés entre un potentiel élevé et un potentiel faible; Si le plan de mise à la terre n'est pas séparé, le signal analogique reste un bruit de mise à la terre. Interférence Par conséquent, les signaux à haute fréquence doivent être mis à la terre en série à plusieurs points et les fils de mise à la terre doivent être aussi épais et courts que possible afin de réduire non seulement la chute de tension, mais aussi le bruit de couplage. Mais pour un système, quelle que soit la Division, il n'y a qu'une seule mise à la terre finale, mais la trajectoire de décharge est différente. Par conséquent, la mise à la terre numérique et la mise à la terre analogique sont reliées par une bille magnétique ou une résistance 0n pour éliminer l'interférence du signal mixte. La continuité du plan de référence doit être assurée lors de la Division du plan de mise à la terre. Dans le cas d'une carte à PCB avec coexistence numérique / analogique, si la ligne de signal analogique est éloignée, la boucle de référence doit être mise à la terre analogique autant que possible. Cela signifie que la mise à la terre analogique doit être coupée le long de la trajectoire du signal analogique dans la formation de mise à la terre afin qu'elle se réfère à la mise à la terre analogique afin d'assurer la continuité de son plan de référence.

5) Other precautions: During wiring, L'angle du conducteur ne doit généralement pas former une ligne pliante de 90° pour réduire le couplage d'émission externe du signal à haute fréquence.. Lors de la pose du cuivre sur un PCB, Évitez autant que possible d'utiliser de grandes surfaces de feuilles de cuivre, Sinon, La Feuille de cuivre se détache facilement après une longue période de chauffage; Lorsque de grandes surfaces de feuilles de cuivre doivent être utilisées, Il peut être remplacé par une grille, Cela facilite l'élimination des feuilles de cuivre et des substrats. L'adhésif est chauffé pour produire des gaz volatils. 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 Réflexe interference; if necessary, Augmenter l'isolement du fil de terre. Le câblage des deux couches adjacentes doit être perpendiculaire l'une à l'autre., Et facilement couplé en parallèle. Pour I/O, Vous pouvez diviser différentes zones de chaque plan de référence, Alors, je suis différent./O les signaux ne s'interfèrent pas les uns avec les autres PCB board.