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Progettazione anti-inceppamento della scheda PCB ad alta velocità per DSP
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Progettazione anti-inceppamento della scheda PCB ad alta velocità per DSP

Progettazione anti-inceppamento della scheda PCB ad alta velocità per DSP

2022-08-03
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Author:pcb

With il wide application of DSP (Digital Signal Processor), la progettazione di un'elaborazione del segnale ad alta velocità Scheda PCB in base al DSP è particolarmente importante. In un sistema DSP, la frequenza di funzionamento del microprocessore DSP può essere alta fino a centinaia di MHz, e la sua linea di reset, linea di interruzione e linea di controllo, interruttore a circuito integrato, alta precisione A/D circuito di conversione, E circuiti contenenti segnali analogici deboli sono tutti E 'molto facile da interferire; per progettare e sviluppare un sistema DSP stabile e affidabile, Il design anti-interferenza è molto importante. Interferenza, o interferenza energetica, mette il ricevitore in uno stato indesiderato. There are two types of interferenza: direct (coupling via conductors, impedenza comune, ecc.) and indirect (coupling via crosstalk or radiation). Molte fonti di emissione elettrica, come la luce, motori, e lampade fluorescenti, può causare interferenze, and there are three necessary ways for electromagnetic interference (EMI) to have an impact, vale a dire, la sorgente di interferenza, la via di propagazione, e il ricevitore di interferenza. Deve solo tagliarne uno.. Problema di interferenza elettromagnetica.

Scheda PCB

1. Analisi della generazione di interferenze nel sistema DSP

Per realizzare un sistema DSP stabile e affidabile, l'interferenza deve essere eliminata da tutti gli aspetti, anche se non può essere completamente eliminata, dovrebbe essere ridotta il più possibile. Per i sistemi DSP, l'interferenza principale deriva dai seguenti aspetti:

1) Interferenza del canale di ingresso e uscita. Significa che l'interferenza entra nel sistema attraverso il canale avanti e il canale indietro, come il collegamento di acquisizione dati del sistema DSP, e l'interferenza viene sovrapposta al segnale attraverso il sensore, il che aumenta l'errore dell'acquisizione dati. Nel collegamento di uscita, l'interferenza può aumentare l'errore dei dati di uscita, o addirittura essere completamente sbagliato, causando il crash del sistema. I dispositivi optocoppler possono essere utilizzati ragionevolmente per ridurre l'interferenza dei canali di ingresso e di uscita. Per l'interferenza dei sensori e dei sistemi principali DSP, l'isolamento elettrico può essere utilizzato per introdurre interferenze positive.

2) Interferenza del sistema di alimentazione. La principale fonte di interferenza per l'intero sistema DSP. Quando l'alimentazione fornisce energia al sistema, aggiunge anche rumore all'alimentazione elettrica, quindi la linea di alimentazione deve essere disaccoppiata quando il circuito del chip di alimentazione è progettato.

3) Interferenza di accoppiamento delle radiazioni spaziali. L'accoppiamento tramite radiazioni è spesso indicato come crosstalk. Il crosstalk si verifica quando la corrente elettrica scorre attraverso i fili, con conseguente campo elettromagnetico che induce correnti transitorie nei fili adiacenti, causando i segnali adiacenti a distorcere o addirittura erroneamente. La forza del crosstalk dipende dal dispositivo, dalla geometria dei fili e dalla distanza di separazione. Nel cablaggio DSP, maggiore è la distanza tra le linee di segnale e più vicina alla linea di terra, più efficacemente la conversazione incrociata può essere ridotta.



2. Progettare il Scheda PCB for the cause of the interference

Quanto segue fornisce il metodo di come ridurre i vari disturbi nel processo di fabbricazione della scheda PCB del sistema DSP.

2.1 Progettazione laminata di pannelli multistrato

Nel circuito digitale ad alta velocità DSP, al fine di migliorare la qualità del segnale, ridurre la difficoltà di cablaggio e aumentare l'EMC del sistema, viene generalmente utilizzato il design impilato di schede multistrato. Il design impilato può fornire un breve percorso di ritorno, ridurre l'area di accoppiamento e sopprimere l'interferenza del modo differenziale. In un design impilato, vengono assegnati piani di potenza e terra dedicati e i piani di terra e di potenza sono strettamente accoppiati per sopprimere le interferenze in modalità comune (utilizzare piani adiacenti per ridurre l'impedenza CA del piano di potenza). C'è uno strato di alimentazione sotto lo strato superiore e i pin di alimentazione dei componenti possono essere collegati direttamente all'alimentazione elettrica senza passare attraverso il piano di terra. I segnali chiave sono selezionati sul livello inferiore (livello inferiore) in modo che lo spazio importante di routing del segnale sia più grande e i dispositivi siano posizionati sullo stesso livello il più possibile. Se non necessario, non fare una scheda con parti a 2 strati, il che aumenterà il tempo di assemblaggio e la complessità di assemblaggio. Come lo strato superiore, solo quando i componenti dello strato superiore sono troppo densi, i dispositivi con altezza limitata e bassa generazione di calore, come condensatori di disaccoppiamento (patch), sono posizionati sullo strato inferiore. Per il sistema DSP, ci può essere un gran numero di fili da posare e il design impilato può essere utilizzato per instradare i fili sullo strato interno. Se i fori passanti tradizionali sprecano molto prezioso spazio di fresatura, le vie interrate cieche possono essere utilizzate per aumentare l'area di fresatura.


2.2 Progettazione del layout

Per ottenere le prestazioni del sistema DSP, il layout dei componenti è molto importante. Primo posto DSP, Flash, SRAM e CPLD dispositivi, che dovrebbero considerare attentamente lo spazio di routing, e quindi posizionare altri IC secondo il principio di indipendenza funzionale, e considerare il posizionamento delle porte I/O. Considera le dimensioni della scheda PCB in combinazione con il layout di cui sopra: se la dimensione è troppo grande, le linee stampate saranno troppo lunghe, l'impedenza aumenterà, la capacità anti-rumore diminuirà e anche il costo di fare la scheda aumenterà; Se la scheda PCB è troppo piccola, la dissipazione del calore sarà scarsa e lo spazio è limitato e le linee adiacenti sono facilmente disturbate. Pertanto, il dispositivo dovrebbe essere selezionato in base alle esigenze effettive e le dimensioni del PCB dovrebbero essere calcolate approssimativamente in base allo spazio di cablaggio. Durante la posa del sistema DSP, particolare attenzione dovrebbe essere prestata al posizionamento dei seguenti componenti.

1) Layout del segnale ad alta velocità: Nell'intero sistema DSP, le principali linee di segnale digitali ad alta velocità sono tra DSP, Flash e SRAM, quindi la distanza tra i dispositivi dovrebbe essere il più vicino possibile e le connessioni dovrebbero essere il più brevi possibile e direttamente collegate. Pertanto, al fine di ridurre l'impatto delle linee di trasmissione sulla qualità del segnale, le tracce di segnale ad alta velocità dovrebbero essere il più brevi possibile. È anche necessario considerare che molti chip DSP con una velocità di diverse centinaia di MHz richiedono avvolgimenti simili a serpenti. Questo sarà evidenziato nel cablaggio sottostante.

2) Disposizione digitale-analogica del dispositivo: La maggior parte dei sistemi DSP non sono singoli circuiti funzionali e vengono utilizzati un gran numero di dispositivi digitali e dispositivi ibridi digitale-analogici di CM0S, quindi i dispositivi digitali / analogici dovrebbero essere disposti separatamente. I dispositivi di segnale analogico dovrebbero essere concentrati il più possibile in modo che il terreno analogico possa disegnare un'area indipendente appartenente al segnale analogico nel mezzo dell'intero terreno digitale, in modo da evitare l'interferenza del segnale digitale con il segnale analogico. Alcuni dispositivi ibridi digitali-analogici, come i convertitori D/A, sono tradizionalmente considerati come un dispositivo analogico, ed è posizionato sul terreno analogico, e viene fornito loro un loop digitale in modo che il rumore digitale sia riportato alla sorgente del segnale per ridurre il rumore digitale. Effetti sul terreno analogico.

3) Il layout dell'orologio: Per l'orologio, la selezione del chip e i segnali del bus, dovrebbe essere tenuto lontano dalle linee di I/O e connettori per quanto possibile. L'ingresso dell'orologio del sistema DSP è facilmente disturbato e la sua elaborazione è molto critica. Tenere sempre il generatore di clock il più vicino possibile al chip DSP e mantenere le linee di clock il più brevi possibile. La cassa dell'oscillatore di cristallo dell'orologio è messa a terra.

4) Layout di disaccoppiamento: Al fine di ridurre il superamento istantaneo della tensione sull'alimentazione del chip del circuito integrato, un condensatore di disaccoppiamento viene aggiunto al chip del circuito integrato, che può efficacemente rimuovere l'influenza della sbavatura sull'alimentazione elettrica e ridurre il ciclo di alimentazione sulla scheda PCB. riflessione. L'aggiunta di un condensatore di disaccoppiamento può bypassare il rumore ad alta frequenza del dispositivo del circuito integrato e può anche essere utilizzato come condensatore di archiviazione per fornire e assorbire l'energia di carica e scarica al momento della commutazione del cancello del circuito integrato. Nel sistema DSP, i condensatori di disaccoppiamento sono posizionati su ogni circuito integrato, come DSP, SRAM, Flash, ecc., e sono aggiunti tra ogni alimentatore e la terra del chip, e particolare attenzione dovrebbe essere prestata al disaccoppiamento dei condensatori il più vicino possibile all'estremità di alimentazione e IC. parte piede. Garantire la purezza della corrente dall'estremità dell'alimentazione elettrica (estremità sorgente) e all'IC e ridurre al minimo il percorso del rumore il più possibile. Quando si tratta di condensatori, utilizzare vias grandi o vias multipli, e la connessione tra vias e condensatori dovrebbe essere il più breve e spesso possibile. Quando le due vie sono lontane, il sentiero è troppo grande, il che non è buono; Più si avvicinano le due vie del condensatore di disaccoppiamento, meglio è, in modo che il rumore possa raggiungere il terreno con un percorso breve. Inoltre, è molto utile aggiungere condensatori ad alta frequenza all'ingresso di alimentazione o dove la batteria è alimentata. In circostanze normali, il valore del condensatore di disaccoppiamento non è molto rigoroso. Generalmente, è calcolato secondo C=l/, cioè, quando la frequenza è di 10 MHz, viene preso un condensatore di 0,1 μF.

5) Il layout dell'alimentazione elettrica: Durante lo sviluppo del sistema DSP, l'alimentazione elettrica deve essere attentamente considerata. Poiché alcuni chip di potenza generano molto calore, dovrebbero essere prioritari in una posizione che favorisce la dissipazione del calore e dovrebbero essere separati da altri componenti da una certa distanza. La dissipazione del calore può essere eseguita aggiungendo dissipatori di calore o ponendo rame sotto il dispositivo. Fare attenzione a non posizionare componenti riscaldanti sullo strato inferiore della scheda di sviluppo.

6) Altri avvisi: Per il layout di altri componenti del sistema DSP, i requisiti per la facilità di saldatura, facilità di debug e estetica dovrebbero essere considerati il più possibile. Ad esempio, i dispositivi regolabili come potenziometri, bobine di induttanza regolabili, condensatori variabili e interruttori DIP dovrebbero essere posizionati in combinazione con la struttura generale. Per i dispositivi superiori a 15 g, deve essere aggiunta una staffa fissa e quindi saldata e deve essere prestata particolare attenzione al foro di posizionamento della scheda PCB e alla posizione occupata dalla staffa fissa. La distanza tra i componenti sul bordo della scheda PCB e il bordo della scheda PCB è generalmente non inferiore a 2 mm, la scheda PCB è rettangolare e il rapporto di aspetto è 3: 2 o 4; 3.


2.3 Progettazione dei cavi

Dopo aver considerato in modo esauriente l'aumento dell'anti-interferenza del sistema DSP e il miglioramento della capacità EMC per il layout, alcune misure e competenze devono essere utilizzate nel cablaggio.

1) Cablaggio DSP: Il cablaggio generalmente parte dal dispositivo e si espande intorno ad esso. Per i dispositivi confezionati in PQFP (Plastic Quad FIat Pack) o BGA (BaIl Grid Array) come DSP, la direzione di instradamento dovrebbe essere approssimativamente determinata in base alla posizione del layout di SRAM, Flash e CPLD, e i pin dovrebbero essere fan-out. Fan-out è particolarmente importante per i dispositivi di tipo QFP e BGA. All'inizio del cablaggio, la ventola dei pin dei dispositivi tipo BGA può risparmiare tempo per il cablaggio successivo e migliorare la qualità e l'efficienza del cablaggio. Durante il routing, utilizzare razionalmente le caratteristiche degli strumenti EDA, come il routing dinamico delle schede PCB di potenza, per pianificare lo spazio. Quando si utilizza dinamica, questa funzione manterrà automaticamente lo spazio tra le linee all'interno delle regole, senza sprecare spazio, riducendo le modifiche successive e migliorando la qualità e l'efficienza del cablaggio. Per DSP ad alta velocità, prestare attenzione anche all'elaborazione crosstalk e delay tune routing. L'elaborazione della linea serpentina può garantire l'integrità del segnale e la continuità del piano di riferimento del segnale ad alta velocità. Quando è necessario dividere il piano, fare attenzione a non lasciare che la linea ad alta velocità attraversi il piano discontinuo; se deve essere attraversato, aggiungere il condensatore su tutto il piano. Quando la linea del segnale (traccia) è spaziata tre volte la larghezza della linea del segnale, la probabilità di interazione reciproca (accoppiamento) tra i segnali è solo di circa il 25%, quindi i requisiti di interferenza anti-elettromagnetica (EMI) possono essere soddisfatti. Pertanto, per linee di segnale ad alta velocità come CLK e SRAM, ricorda di stare lontano dalla linea di segnale accanto ad essa di più di 3 volte la larghezza. Quando la lunghezza è regolata, cioè la traccia serpentina, la larghezza della linea e della linea dovrebbe essere più di 3 volte la larghezza della linea del segnale, incluso Per la sua linea di segnale, è anche tre volte più larga della linea del segnale. La larghezza della linea è di 5 mil e la distanza all'interno dell'avvolgimento stesso è di 15 mil, che è maggiore o uguale a 3 volte la larghezza della linea.

2) cablaggio dell'orologio: per il segnale dell'orologio, rendere la distanza di cablaggio per altri segnali il più grande possibile, garantire una distanza di più di 4 volte la larghezza della linea e non instradare sotto l'orologio (parte); per le linee di ingresso analogiche di tensione, il terminale di tensione di riferimento e la linea di segnale I/O sono il più lontano possibile dall'orologio.

3) Gestione della potenza del sistema: l'alimentazione è una parte importante del sistema. Un livello di alimentazione separato è assegnato nella progettazione di impilamento della scheda PCB, ma poiché un sistema DSP ha una varietà di dispositivi digitali e analogici, ci sono anche una varietà di alimentatori utilizzati, quindi lo strato di alimentazione è diviso per creare dispositivi con le stesse caratteristiche di alimentazione. Diviso nella stessa area, può essere collegato al piano di potenza nelle vicinanze. Tuttavia, particolare attenzione dovrebbe essere prestata a rendere continuo il segnale del piano di potenza di riferimento durante la divisione. È stato dimostrato da esperimenti che la corrente che può passare attraverso la larghezza della linea di 40 mil può essere garantita come 1 A; per l'over-hole L, la corrente di 1 A può passare attraverso il diametro del trapano di 16 mil, quindi per il sistema DSP, la linea elettrica può essere più grande di 20 mil. . Per la protezione dalle radiazioni elettromagnetiche sulla linea elettrica, prestare attenzione ai seguenti punti: utilizzare condensatori di bypass per limitare la perdita di corrente CA sul circuito stampato; collegare una bobina di strozzatura di modo comune in serie sulla linea elettrica per sopprimere la corrente di modo comune che scorre attraverso la linea; cablaggio vicino alla riduzione dell'area di radiazione magnetica.

4) Gestione della messa a terra: In tutti i problemi EMC, il problema principale è causato da messa a terra impropria. La qualità della lavorazione del filo di terra influisce direttamente sulla stabilità e l'affidabilità del sistema. La messa a terra ha le seguenti funzioni: ridurre il VCM di tensione in modalità comune sulla linea di uscita; ridurre la suscettibilità all'elettricità statica (ESD); riduzione delle radiazioni elettromagnetiche. I circuiti di terra dei circuiti digitali ad alta frequenza e dei circuiti analogici a bassa frequenza non possono essere mescolati e la terra digitale / analogica deve essere separata, perché quando il circuito digitale è commutato tra alto e basso potenziale, il rumore sarà generato nell'alimentazione elettrica e nel terreno; se il piano di terra non è separato, il segnale analogico sarà ancora rumore di terra. interferenza. Pertanto, la messa a terra di serie multipunto dovrebbe essere utilizzata per i segnali ad alta frequenza e il cavo di massa dovrebbe essere ispessito e accorciato il più possibile in modo che oltre a ridurre la caduta di tensione, è più importante ridurre il rumore di accoppiamento. Ma per un sistema, non importa come è diviso, c'è solo un terreno finale, ma il percorso di scarico è diverso. Pertanto, la terra digitale e la terra analogica sono collegati insieme attraverso perle magnetiche o resistenze 0 n per eliminare l'interferenza di segnali misti. Nel dividere il piano di terra, deve essere garantita la continuità del piano di riferimento. Per schede PCB con coesistenza digitale/analogica, se la linea del segnale analogico è lontana, provare a rendere il percorso di ritorno di riferimento anche analogico a terra. Ciò significa che un terreno analogico dovrebbe essere tagliato lungo il percorso del segnale analogico nello strato di terra per farlo riferimento al terreno analogico per garantire la continuità del suo piano di riferimento.

5) Other precautions: During wiring, Gli angoli dei fili generalmente non dovrebbero essere formati in linee piegate a 90° per ridurre l'accoppiamento esterno delle emissioni di segnali ad alta frequenza. Quando si posa il rame sul PCB, cercare di evitare di utilizzare una grande area di foglio di rame, altrimenti, il foglio di rame cadrà facilmente dopo essere stato riscaldato per lungo tempo; quando deve essere utilizzata una grande superficie di foglio di rame, può essere sostituito da una griglia, che favorisce l'eliminazione del foglio di rame e del substrato. L'adesivo viene riscaldato per generare gas volatili. 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 riflessione interference; if necessary, aggiungere filo di terra per l'isolamento. Il cablaggio di due strati adiacenti dovrebbe essere perpendicolare l'uno all'altro, ed è facile generare accoppiamento in parallelo. Per I/O, possono essere divise diverse aree dei rispettivi piani di riferimento, in modo che io diverso/I segnali O non interferiranno tra loro sul Scheda PCB.