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Progettazione di affidabilità della scheda PCB del sistema ad alta velocità DSP
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Progettazione di affidabilità della scheda PCB del sistema ad alta velocità DSP

Progettazione di affidabilità della scheda PCB del sistema ad alta velocità DSP

2022-07-20
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Author:pcb

Le caratteristiche del sistema DSP ad alta velocità Scheda PCB e diverse questioni a cui prestare attenzione nella progettazione di affidabilità, compresa la progettazione dell'alimentazione elettrica, progettazione di software e hardware anti-jamming, progettazione di compatibilità elettromagnetica, progettazione della dissipazione del calore, e il metodo di cablaggio delle linee di segnale importanti dei circuiti ad alta velocità, rendere ogni progetto più efficiente. Ragionevole e facile da implementare. Grazie al rapido sviluppo della tecnologia microelettronica, Il sistema elettronico digitale composto da chip IC si sta sviluppando rapidamente nella direzione di grandi dimensioni, volume ridotto, e ad alta velocità, e la velocità di sviluppo è sempre più veloce. L'applicazione di nuovi dispositivi porta ad alta densità di layout del circuito nel design EDA moderno, e la frequenza dei segnali è anche molto alta. Con l'uso di dispositivi ad alta velocità, ilre will be more and more high-speed DSP (digital signal processing) system designs. Il problema del segnale diventa un problema significativo nei progetti caratterizzati da tassi di dati di sistema sempre crescenti, tassi di clock, densità di circuito, e i cui PCB sono progettati per mostrare un comportamento molto diverso rispetto alle caratteristiche di progettazione a bassa velocità, che è, problemi di integrità del segnale, problemi di aggravamento delle interferenze, problemi di compatibilità elettromagnetica, e così via. Questi problemi possono causare o causare direttamente distorsioni del segnale, errori di temporizzazione, dati errati, indirizzo, e linee di controllo, errori di sistema e persino crash di sistema. Se non vengono risolti correttamente, influiranno seriamente sulle prestazioni del sistema e porteranno perdite incommensurabili. La soluzione a questi problemi dipende principalmente dalla progettazione del circuito. Pertanto, la qualità del design Scheda PCB è molto importante, ed è l'unico modo per trasformare il concetto di design in realtà. Quanto segue discute diverse questioni che dovrebbero essere prestate attenzione in Scheda PCB progettazione di affidabilità nei sistemi DSP ad alta velocità.

Scheda PCB

Progettazione di energia

La prima cosa da considerare quando si progetta un sistema DSP ad alta velocità Scheda PCBè la progettazione dell'alimentazione elettrica. Nella progettazione dell'alimentazione elettrica, I seguenti metodi sono comunemente usati per risolvere i problemi di integrità del segnale.


Considerare il disaccoppiamento dell'energia e del suolo

Con l'aumento della frequenza di funzionamento DSP, DSP e altri componenti IC tendono ad essere miniaturizzati e confezionati densamente. Di solito, le schede multistrato sono considerate nella progettazione del circuito. Si raccomanda di utilizzare uno strato dedicato sia per l'alimentazione che per il terreno. Ad esempio, la tensione di alimentazione I/O di DSP è diversa dalla tensione di alimentazione centrale, quindi possono essere utilizzati due diversi strati di alimentazione. Se si considera l'alto costo di elaborazione delle schede multistrato, uno strato speciale può essere utilizzato per l'alimentazione elettrica con più cavi o alimentazione relativamente critica e altri strati di alimentazione possono essere utilizzati. L'alimentatore può essere instradato allo stesso modo delle linee di segnale, ma prestare attenzione alla larghezza delle linee. Indipendentemente dal fatto che il circuito stampato abbia uno strato di terra speciale e uno strato di alimentazione, una certa e ragionevolmente distribuita capacità deve essere aggiunta tra l'alimentazione e il terreno. Al fine di risparmiare spazio e ridurre il numero di fori passanti, si consiglia di utilizzare più condensatori chip. Il condensatore del chip può essere posizionato sul retro della scheda PCB, cioè sulla superficie di saldatura. Il condensatore del chip è collegato al foro con un cavo largo ed è collegato all'alimentazione elettrica e allo strato di terra attraverso il foro.


Regole di cablaggio considerando la distribuzione di energia

Piani di potenza analogici e digitali separati: i componenti analogici ad alta velocità e ad alta precisione sono sensibili ai segnali digitali. Ad esempio, l'amplificatore amplificherà il rumore di commutazione, rendendolo vicino al segnale di impulso, quindi nelle parti analogiche e digitali della scheda, il piano di potenza è generalmente richiesto di essere separato.


Isolamento dei segnali sensibili: alcuni segnali sensibili (come gli orologi ad alta frequenza) sono particolarmente sensibili alle interferenze acustiche e dovrebbero essere adottate misure di isolamento ad alto livello. Gli orologi ad alta frequenza (orologi superiori a 20MHz o orologi con un tempo di rotazione inferiore a 5ns) devono essere accompagnati da fili di terra. La larghezza del filo dell'orologio è di almeno 10 mil e la larghezza del filo di terra scortato è di almeno 20 mil. Il foro è in buon contatto con lo strato e ogni 5cm attraverso fori sono fatti per collegarsi con lo strato; una resistenza di smorzamento da 22Ω a 220Ω deve essere collegata in serie sul lato di invio dell'orologio. Le interferenze causate dal rumore del segnale introdotto da queste linee possono essere evitate.


Progettazione anti-interferenza software e hardware: Generalmente, la scheda PCB di un sistema di applicazione DSP ad alta velocità è progettata dall'utente in base ai requisiti specifici del sistema. A causa delle limitate capacità di progettazione e delle condizioni di laboratorio, se non vengono adottate misure anti-interferenza complete e affidabili, l'ambiente di lavoro insoddisfacente e le interferenze elettromagnetiche porteranno a disordini nel flusso del programma DSP. Quando il normale codice di lavoro di DSP non può essere recuperato, il programma verrà eseguito o crash, e anche alcuni componenti saranno danneggiati. Occorre prestare attenzione all'adozione delle corrispondenti misure anti-interferenza.


Progettazione anti-inceppamento hardware: L'efficienza anti-inceppamento hardware è alta. Quando la complessità del sistema, il costo e il volume sono tollerabili, il design anti-inceppamento hardware è preferito. Le tecniche di anti-jamming hardware comunemente usate possono essere riassunte come segue:

(1) Filtro hardware: i filtri RC possono indebolire notevolmente i vari segnali di interferenza ad alta frequenza. Come può sopprimere l'interferenza "glitch".

(2) Messa a terra ragionevole: progettazione ragionevole del sistema di messa a terra. Per i sistemi di circuiti digitali e analogici ad alta velocità, è molto importante avere un piano di terra a bassa impedenza e grande area. Lo strato di terra può non solo fornire un percorso di ritorno a bassa impedenza per la corrente ad alta frequenza, ma anche rendere EMI e RFI più piccoli e avere anche un effetto schermante sulle interferenze esterne. Quando si progetta la scheda PCB, separare la terra analogica e la terra digitale.

(3) Misure di schermatura: Le scintille generate da energia CA, potenza ad alta frequenza, forte attrezzatura elettrica e archi genereranno onde elettromagnetiche e diventeranno fonti di rumore di interferenza elettromagnetica. I dispositivi di cui sopra possono essere circondati da gusci metallici e quindi messi a terra. L'interferenza causata dall'induzione elettromagnetica è molto efficace.

(4) isolamento ottico: gli isolatori ottici possono efficacemente evitare interferenze reciproche tra i circuiti stampati differenti. Isolatori ottici ad alta velocità sono spesso utilizzati nell'interfaccia di DSP e altri dispositivi (come sensori, interruttori, ecc.).


Progettazione anti-inceppamento del software: L'anti-inceppamento del software ha il vantaggio che l'anti-inceppamento dell'hardware non può sostituire. Nel sistema di applicazione DSP, la capacità anti-jamming del software dovrebbe essere pienamente sfruttata, in modo da sopprimere l'influenza delle interferenze. Diversi metodi efficaci anti-jamming software sono forniti di seguito.

(1) Filtro digitale: Il rumore del segnale di ingresso analogico può essere eliminato dal filtraggio digitale. Le tecniche di filtraggio digitale comunemente utilizzate includono il filtraggio mediano, il filtraggio medio aritmetico, ecc.

(2) Set trap: imposta un programma di avvio nell'area del programma inutilizzata. Quando il programma viene disturbato e salta in questa area, il programma di avvio guiderà il programma catturato forzatamente all'indirizzo specificato, dove verrà utilizzato un programma speciale per correggere il programma difettoso. da elaborare.

(3) ridondanza delle istruzioni: Inserire due o tre byte di istruzione no-op NOP dopo l'istruzione a doppio byte e l'istruzione a tre byte, che possono impedire che il programma venga automaticamente messo sulla pista giusta quando il sistema DSP è disturbato dal programma.

(4) Impostare il tempo del watchdog: Se il programma out-of-control entra in un "ciclo infinito", la tecnologia "watchdog" di solito è utilizzata per far uscire il programma dal "ciclo infinito". Il principio è quello di utilizzare un timer, che genera un impulso secondo il periodo impostato. Se non si desidera generare questo impulso, il DSP dovrebbe cancellare il timer entro un tempo inferiore al periodo impostato; ma quando il programma DSP si spegne, non verrà utilizzato. Il timer verrà cancellato secondo le normative, quindi l'impulso generato dal timer viene utilizzato come segnale di reset DSP per resettare e inizializzare nuovamente il DSP.


Progettazione di compatibilità elettromagnetica: la compatibilità elettromagnetica si riferisce alla capacità delle apparecchiature elettroniche di funzionare normalmente in ambienti elettromagnetici complessi. Lo scopo della progettazione di compatibilità elettromagnetica è quello di rendere le apparecchiature elettroniche non solo sopprimere le varie interferenze esterne, ma anche ridurre l'interferenza elettromagnetica delle apparecchiature elettroniche ad altre apparecchiature elettroniche. Nella scheda PCB effettiva, c'è più o meno interferenza elettromagnetica tra segnali adiacenti, cioè crosstalk. La dimensione del crosstalk è correlata alla capacità distribuita e all'induttanza distribuita tra i loop. Per risolvere le interferenze elettromagnetiche reciproche tra tali segnali possono essere adottate le seguenti misure:


Scegliere una larghezza ragionevole del filo: L'interferenza di impatto causata dalla corrente transitoria sul filo stampato è causata principalmente dalla componente di induttanza del filo stampato e la sua induttanza è proporzionale alla lunghezza del filo stampato e inversamente proporzionale alla larghezza. Pertanto, è utile utilizzare cavi corti e larghi per sopprimere le interferenze. I cavi di clock e le linee di segnale dei conducenti di autobus spesso hanno grandi correnti transitorie e i loro conduttori stampati dovrebbero essere il più corto possibile. Per i circuiti di componenti discreti, la larghezza dei fili stampati può soddisfare i requisiti a circa 1,5 mm; Per i circuiti integrati, la larghezza dei fili stampati è selezionata tra 0.2mm e 1.0mm. La struttura di cablaggio a forma di griglia è adottata. Il metodo specifico è quello di instradare orizzontalmente sul primo strato del circuito stampato del PCB e instradare verticalmente lo strato successivo.


Progettazione di dissipazione del calore: al fine di facilitare la dissipazione del calore, la scheda stampata è installata in modo indipendente, e la distanza del bordo dovrebbe essere maggiore di 2 cm. Allo stesso tempo, prestare attenzione alle regole di disposizione dei componenti sul cartone stampato. In direzione orizzontale, i dispositivi ad alta potenza sono disposti il più vicino possibile al bordo della scheda stampata, abbreviare così il percorso di trasferimento del calore; in direzione verticale, i dispositivi ad alta potenza sono disposti il più vicino possibile alla parte superiore della scheda stampata, riducendo così la sua influenza sulla temperatura di altri componenti. I componenti più sensibili alla temperatura dovrebbero essere collocati in aree in cui la temperatura è relativamente bassa possibile, e non può essere posizionato direttamente sopra i dispositivi con alta generazione di calore. Nella progettazione di un sistema di applicazione DSP ad alta velocità, come trasformare il design perfetto dalla teoria alla realtà dipende da un'alta qualità Scheda PCB. La frequenza operativa del circuito DSP sta diventando sempre più alta, i perni stanno diventando più densi e l'interferenza sta aumentando. , come migliorare la qualità del segnale è molto importante. Pertanto, se le prestazioni del sistema sono buone è inseparabile dalla qualità del progettista Scheda PCB.