Technologie PCB - Technologies clés et avancées dans la conception de PCB haute densité à haute vitesse

La haute vitesse et la haute densité sont progressivement devenues l'une des tendances de développement importantes de nombreux produits électroniques modernes, et la technologie de conception de PCB haute vitesse et haute densité est devenue un domaine de recherche important.

Comparé à la conception traditionnelle de PCB, la conception de PCB haute densité à haute vitesse présente plusieurs problèmes techniques clés qui nécessitent le développement de nouvelles techniques de conception. Il existe de nombreuses questions théoriques et techniques qui nécessitent une étude approfondie. Dans le même temps, les exigences croissantes en matière de PCB haute densité haute vitesse font que la conception de PCB haute densité haute vitesse continue de faire face à de nouveaux problèmes; L'émergence continue d'un grand nombre de résultats de recherche pertinents a entraîné le développement continu de la technologie de conception de PCB haute densité à haute vitesse. Cet article présente les principaux problèmes techniques liés à la conception de circuits imprimés haute densité à haute vitesse (intégrité du signal, intégrité de l'alimentation, CEM / EMI et analyse thermique) et les derniers développements de la technologie EDA associée, ainsi que plusieurs tendances importantes dans la conception de circuits imprimés haute précision à haute vitesse.

Questions techniques clés

Les principaux problèmes techniques liés à la conception de circuits imprimés haute densité à haute vitesse comprennent principalement l'intégrité du signal (si), l'intégrité de la puissance (PI), la CEM / em I et l'analyse thermique.

Intégrité du signal

L'intégrité du signal se réfère principalement à la qualité du signal transmis sur une ligne de signal. 1 un circuit présente une bonne intégrité du signal lorsqu'il est capable d'atteindre les broches de la puce réceptrice avec la séquence temporelle, la durée et l'amplitude de tension souhaitées. Des problèmes d'intégrité du signal surviennent lorsque le signal ne répond pas correctement ou lorsque la qualité du signal ne permet pas au système de fonctionner de manière stable pendant une longue période. Les problèmes d'intégrité du signal se manifestent principalement par: retard, réflexion, dépassement, sonnerie, diaphonie, synchronisation, bruit de commutation synchrone, interférences électromagnétiques, etc.

Les problèmes d'intégrité du signal entraîneront directement une distorsion du signal, des erreurs de synchronisation et des signaux de données, d'adresse et de contrôle incorrects, entraînant des erreurs du système et même une paralysie. Typiquement, pour une puce numérique, le niveau supérieur à V IH est un 1 logique, le niveau inférieur à V il est un 0 et le niveau entre vil et VIH est un état indéterminé. Pour les signaux numériques avec sonnerie, des erreurs logiques peuvent survenir lorsque le niveau d'oscillation entre dans la zone d'incertitude de vil ~ VIH. La transmission du signal numérique doit avoir un Timing correct. La puce numérique générale exige que les données soient stables avant que l'horloge déclenche tsetup sur le bord pour s'assurer que la séquence logique est correcte. Si la transmission du signal est retardée trop longtemps, la logique correcte peut ne pas être reçue sur le front montant ou descendant de l'horloge, ce qui entraîne une erreur de synchronisation.

Les causes des problèmes d'intégrité du signal sont plus complexes. Les paramètres du composant, les paramètres du PCB, la disposition du composant sur le PCB et le câblage du signal à grande vitesse sont tous des facteurs importants qui affectent l'intégrité du signal. L'intégrité du signal est un problème systémique et l'étude et la résolution des problèmes d'intégrité du signal doivent être prises d'un point de vue systémique.

Relativement parlant, il y a eu des décennies de recherche sur les problèmes d'intégrité du signal et de nombreux résultats théoriques et techniques importants qui ont accumulé une vaste expérience. De nombreuses techniques d'intégrité du signal sont relativement matures et largement utilisées.

Intégrité de puissance

L'intégrité de l'alimentation se réfère principalement au système à grande vitesse, au système de distribution (système de distribution, PDS) à différentes fréquences, aux caractéristiques d'impédance différentes, de sorte que la tension entre la couche d'alimentation et la couche de terre sur le PCB n'est pas la même partout sur la carte, entraînant une discontinuité de l'alimentation, entraînant un bruit d'alimentation, Cela rend la puce ne fonctionne pas correctement. Dans le même temps, les problèmes d'intégrité de l'alimentation peuvent également poser des problèmes EMC / EMI en raison du rayonnement à haute fréquence. Dans les circuits haute vitesse et basse tension, le bruit d'alimentation est particulièrement grave.

La proposition d'intégrité de puissance découle de l'énorme erreur apportée par l'analyse de l'intégrité du signal basée sur le câblage et le modèle de dispositif sans tenir compte de l'influence de puissance.

En termes relatifs, la recherche sur l'intégrité de l'électricité a commencé tardivement et la recherche théorique et les moyens techniques n'étaient pas assez matures. C'est l'un des plus grands défis pour la conception de PCB haute vitesse et haute densité. À l'heure actuelle, un certain nombre de mesures communes sont principalement prises pour minimiser dans une certaine mesure les effets néfastes causés par les problèmes d'intégrité électrique. Les principales mesures prises sont les suivantes: premièrement, optimiser l'empilement, la disposition et la conception du câblage des PCB; Le second est une augmentation appropriée du condensateur de découplage. Lorsque la fréquence du système est inférieure à 300 - 400 MHz, il est utile de réduire l'impact des problèmes d'intégrité de la puissance en plaçant les condensateurs appropriés au bon endroit. Cependant, lorsque la fréquence du système est élevée, le condensateur de découplage a peu d'effet. Dans ce cas, l'impact des problèmes d'intégrité de l'alimentation n'est réduit qu'en optimisant la conception du PCB.

Compatibilité électromagnétique

La CEM (compatibilité électromagnétique) est généralement définie comme « la capacité d’un appareil ou d’un système à fonctionner correctement dans son environnement électromagnétique et à ne pas constituer une perturbation électromagnétique insupportable pour quoi que ce soit dans l’environnement. Il est également défini comme suit: « la recherche est limitée. Dans des conditions d'espace limité, de temps limité et de ressources spectrales limitées, divers équipements électriques (sous - systèmes, systèmes et entités biologiques au sens large) peuvent coexister sans provoquer de dégradation. « et

La compatibilité électromagnétique étudie principalement les deux aspects des perturbations électromagnétiques et de la compatibilité électromagnétique. La génération d'em I est provoquée par la transmission d'énergie par une source d'interférence électromagnétique au système sensible via un chemin de couplage. Il comprend trois formes de base: conduction de fil et de terre commune, rayonnement spatial ou couplage en champ proche.

La CEM pour l'électronique est très importante. Actuellement, de nombreux pays et régions ont des normes EMC strictes et complètes. De plus en plus de produits électroniques doivent passer les tests et certifications CEM pertinents pour entrer sur le marché. En outre, à mesure que l'environnement électromagnétique se détériore, les exigences en matière de CEM pour les produits électroniques deviennent de plus en plus élevées.

En termes relatifs, le problème EMC est le plus complexe. Lorsque le temps de montée (descente) (temps de montée ou de descente) diminue de 5 NS à 2,5 NS, em I augmente d'environ 4 fois. La largeur spectrale de em I est inversement proportionnelle au temps de montée. L'intensité du rayonnement de em I est directement proportionnelle au carré de la fréquence. La gamme de fréquences de ce type de rayonnement em I est de l'ordre de quelques dizaines de MHz à quelques GHz. Les longueurs d'onde correspondent à ces hautes fréquences sont très courtes et de courtes lignes de connexion sur le PCB ou même des lignes d'interconnexion dans la puce peuvent devenir des antennes d'émission ou de réception efficaces, ce qui peut entraîner de graves problèmes CEM. « À l’ère de la conception à grande vitesse, les concepteurs de circuits imprimés sont confrontés à des problèmes s’ils n’en savent pas plus sur les problèmes liés à la Cem, a souligné Henry W Ott, Président de Henry Ott Consulting, lors de son discours d’ouverture à la Conférence de conception de circuits imprimés East. De nombreux problèmes inattendus se posent. » « parce que la conception est plus rapide et que la conception sans fil devient de plus en plus courante, la CEM deviendra un défi encore plus important. »

En raison de la complexité de la CEM et des exigences croissantes imposées par l'électronique moderne, la technologie CEM sera un domaine important qui nécessitera des recherches à long terme. À l'heure actuelle, la prévention et la résolution des problèmes EMC suivent principalement certaines règles communes de contraintes de conception de PCB. Cependant, l'utilisation spécifique et les effets de ces règles doivent être analysés en détail, en fonction du niveau théorique et de l'expérience pratique du concepteur.