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Protelに基づく高速PCBボードの設計
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Protelに基づく高速PCBボードの設計

2022-02-24
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Author:pcb

高速の過程で 印刷回路 デザイン, Protel設計ソフトウェアの使用に注意しなければならないレイアウトと配線に関する若干の原則, 実用的で実績のある高速回路レイアウトと配線技術を提供する, 高速回路基板設計の改善. 信頼性と妥当性. その結果,製品開発サイクルを短縮し,市場競争力を高めることが示された.

1. The question is raised
With the massive increase in the complexity and integration of electronic system デザインs, クロック速度とデバイスの立ち上がり時間が速くなっている, そして、高速回路設計は、設計プロセスの重要な部分になっている. 高速回路設計, 回路基板上のインダクタンスおよびキャパシタンスは、送電線に等価なワイヤを作ることができる. 終端部品の不適切な配置または高速信号の不正なルーティングは伝送線路効果に問題を生じる可能性がある, システムからの誤ったデータ出力の結果となる, 不適切な回路動作, あるいは全く操作がない. 伝送線路モデルに基づいて, 伝送路は信号反射などの悪影響をもたらすと結論付けられる, クロストーク, 電磁妨害, 回路設計への電源とグランドノイズ. 高速を設計するために PCBボード それは確実に働く, レイアウトと配線の間に生じるいくつかの信頼性のない問題を解決するためには、設計を十分慎重に考慮しなければならない, 製品開発サイクルの短縮, 市場競争力の向上.

PCBボード

2. Layout design of high frequency system
In the PCBボード 回路設計, レイアウトは重要なリンクです, そして、レイアウト結果の品質は、システムの配線および信頼性の影響に直接影響する, プリント回路基板設計においては、時間がかかり、困難である. 高周波の複雑な環境 PCBボード 高周波システムのレイアウト設計のために学んだ理論的知識の使用は困難になる. レイアウトの人は高速で豊富な経験を持っている必要があります PCBボード メイキング, 設計プロセスを避けるために. 回り道, 回路作業の信頼性と有効性の向上. レイアウトの過程で, 機械構造には包括的な配慮が必要である, 放熱, 電磁妨害, 未来配線の便宜, 美学. ファースト, レイアウト前に回路全体の機能を分割する, 高周波回路を低周波回路から分離する, そして、デジタル回路からアナログ回路を切り離す. 長いワイヤーに起因する伝送遅延を避ける, そして、コンデンサの減結合効果を改良する. 加えて, 相互影響を減らすためにピンと回路構成要素と他のチューブの相対的な位置と向きに注意してください. すべての高周波成分は、シャシーおよび他の金属プレートから離れて寄生結合を減らすために遠ざかるべきです. 第二に, レイアウト中の部品間の熱的および電磁的効果に注意すべきである. これらの効果は、特に高周波システムにとって深刻である, そして、彼らを遠ざけるか、隔離するために処置をとらなければなりません, 熱とシールドを放散する. ハイパワー整流器チューブと調整管はラジエーターを備えていて、変圧器から遠ざかるべきです. 電解コンデンサなどの耐熱性部品は加熱部品から遠ざけるべきである, さもなければ、電解質は乾燥する, 増加した抵抗とパフォーマンスが悪い結果, これは回路の安定性に影響する. ガード構造を配置し、様々な寄生結合の導入を防ぐために、レイアウトに十分なスペースがなければならない. プリント回路基板上のコイル間の電磁結合を防止する, つのコイルは、結合係数を減らすために直角に置かれるべきです. 垂直板分離の方法も使用することができる. その部品のリードを直接回路にはんだ付けする. 短い方, より良い. コネクタとはんだパッドを使わない, 隣接するはんだパッド間に分布容量と分布インダクタンスがあるので. 水晶発振器の周りの高ノイズ成分を避ける, 林, アナログ電圧, 基準電圧信号トレース. 固有品質と信頼性の確保, 全体的な美学を考慮に入れる, 合理的回路基板計画, コンポーネントは、基板表面に平行または垂直でなければならない, そして、メインボードエッジに平行または垂直. 基板表面上の成分の分布は、できるだけ均一でなければならない, 密度は同じであるべきです. このように, それは美しいだけではない, しかし、簡単にインストールし、溶接, そして大量生産が容易である.

3. Wiring of high frequency system
In high-frequency circuits, 抵抗の分布パラメータ, 静電容量, 接続ワイヤのインダクタンスおよび相互インダクタンスは無視できない. 干渉の観点から, 合理的な配線は、ライン抵抗を低減しようとすることです, 回路における分布キャパシタンスと浮遊インダクタンス., 結果として生じる迷磁場はある程度まで減少する, 分布容量, 漏洩磁束, 回路の雑音に起因する電磁相互インダクタンスおよび他の干渉は抑制される. Protelのデザインツールのアプリケーションは、中国ではかなり一般的だった. しかし, 多くのデザイナーは、「レイアウト率」だけに集中します, そして、デバイス特性の変化に適応するためにprotel設計ツールになされる改良は、設計において、使われない, デザインツール資源の無駄をするだけではない, それは多くの新しいデバイスの優れた性能を発揮することは困難になります. ProTel 99 SEツールが提供できる特別な関数を次に示します.
(1) The less the leads between the pins of the high-frequency circuit device are bent, より良い. 全線を使う. それが曲がっている必要があるとき, 折れ曲がった45の折れ線または円弧で曲げることができます, 高周波信号の外部放射と相互干渉を低減できる. カップリング. プロテルでルーティングするとき, “デザイン”メニュー“ルール”で“ルーティングコーナー”で45度または丸みを選択. You can also use the shift+space key to quickly switch between lines.
(2) The shorter the lead between the pins of the high-frequency circuit device, より良い. 配線短縮を満たすためのprotel 99の有効な手段は,自動配線前の個々の鍵高速ネットワークの配線予約を行うことである. 「デザイン」メニュー「ルール」における「ルート設定トポロジー」の最短選択.
(3) The less the alternation between the lead layers between the pins of the high-frequency circuit device, より良い. それで, コンポーネント接続プロセスで使用されるより少ないvias, より良い. ビアは0をもたらす.分布容量の5 pF, そして、ビアの数を減らすことは、有意に速度を増やすことができます.
(4) For high-frequency circuit wiring, 信号線の並列配線で導入される「交差干渉」に注目する. を返します。, 「グランド」の大きな領域は、並列信号線の反対側に配置され、干渉を大きく低減することができる. 同じ層の平行線はほとんど避けられない, つの隣接する層で, 線の方向は互いに垂直になるように取らなければならない, それはプロテルでは達成するのは難しいが無視するのは簡単ではない. 「ルーチン」層の「デザイン」メニュー「規則」で, 選択して水平方向のtoplayerと垂直層の. 加えて, “polygonplane”関数は“place”で提供されます, それで, 多角形格子銅箔面. 置かれるならば, ポリゴンは、プリント回路基板全体の1つの面として取られる, そして、この銅は適用されるでしょう. 回路のGNDに接続されている, 高周波干渉防止能力を高めることができる, また、放熱性と印刷ボードの強度に大きな利点があります.
(5) Measures to be surrounded by ground wires are implemented for particularly important signal lines or local units. 「アウトラインselecteddobjects」は「ツール」で提供されます, which can be used to automatically "ground" the selected important signal lines (such as oscillator circuit LT and X1).
(6) 一般に, 回路の電源線および接地線は、信号線14よりも広く設定される. “デザイン”メニューの“クラス”を使用することができますネットワークをネットワークと信号ネットワークにネットワークを分類する. 配線規則の設定を組み合わせることは便利である. 電源線と信号線の線幅を切り替える.
(7) All kinds of traces cannot form a loop, 接地線は電流ループを形成できない. ループ回路が生成される, それはシステムに大きな干渉を引き起こす. この点で, デイジーチェーン配線方法を使用することができる, ループの形成を効果的に回避できる, 配線中の枝や木の切り株, しかし、それも簡単に配線の問題をもたらす.
(8) According to the data and design of various chips, 電力線を通過する電流を推定し、必要なワイヤ幅を決定する. 経験式によると, it can be obtained: W (line width) ≥ L (mm/A) * I (A). 現在のサイズによると, 電力線の幅を大きくして、ループ抵抗を小さくしようとする. 同時に, 電力線と接地線の方向はデータ伝送方向と一致する, アンチノイズ機能を強化するのに役立つ. 必要な時, 高周波ノイズの導通を遮断するために、銅線巻きフェライトからなる高周波チョーク装置を電力線及び接地線に追加することができる.
(9) The wiring width of the same network should be kept the same. 線幅の変化は、線の不均一特性インピーダンスにつながる. 伝送速度が高いとき, 反射が起こる, デザインの可能な限り避けるべきです. 同時に, 平行線の線幅を増やす. 線の中心距離が線幅の3倍を超えない場合, 相互干渉のない電界の70 %を保つことができる, 3 W原理という. このように, 並列線路に起因する分布キャパシタンスと分布インダクタンスの影響を克服できる.

4. Design of power cord and ground wire
In order to solve the voltage drop caused by the power supply noise and line impedance introduced by the high frequency circuit, 高周波回路における電源システムの信頼性を十分に考慮しなければならない. 一般的に、2つの解決策がある。一つは、配線用のパワーバス技術を使用することであるもう一つは、別の電源層を使用することである. 比較で, 後者の生産工程はより複雑でコストが高い. したがって, ネットワーク型電源バス技術を配線に使用することができる, 各コンポーネントが異なるループに属するように, そして、ネットワーク上の各々のバスの上の電流は、バランスが保たれる傾向があります, 線路インピーダンスによる電圧降下問題の低減. 高周波送信電力は比較的大きい, そして、多点接地のために近くの低抵抗グランドプレーンを見つけるために、銅の大面積は、使うことができます. 接地リードの誘導リアクタンスは周波数と長さに比例するので, 動作周波数が高いとき、共通接地インピーダンスは増加する, これは、共通接地インピーダンスによって生成される電磁干渉を増加させる, したがって、接地線の長さは、できるだけ短くする必要がある. 信号線の長さを最小にし、グランドループの面積を増加させる. つまたはいくつかの高周波デカップリングコンデンサは、集積チップの過渡電流のための近傍の高周波チャネルを提供するために、チップの電源および接地端子に設定される, 電流が大きなループ面積を有する電源ラインを通過しないようにする, これにより、放射ノイズを大幅に低減する. デカップルコンデンサとして良好な高周波信号を有するモノリシック容量性セラミックコンデンサを選択することが必要である. 回路充電用のエネルギー蓄積キャパシタとして電解コンデンサの代わりに大容量タンタルコンデンサまたはポリエステルコンデンサを使用する. 電解コンデンサの分布インダクタンスは大きいので, 高周波には効果がない. 電解コンデンサ使用時, 高周波数特性を有するコンデンサをデカップリングすることによってそれらをペアで使用する.

5. Other high-speed circuit design technologies
Impedance matching refers to a working state in which the load impedance and the internal impedance of the excitation source are matched to each other to obtain the power output. 配線高速化 PCBボードs, 信号反射防止のために, 線のインピーダンスは50アンペアである必要がある. これはおおよその姿だ. Generally, 同軸ケーブルのベースバンドは50, 周波数帯域は75, そしてツイストペアは. 整数にすぎない, マッチングの便宜のために. 特定回路解析, 並列ac終端を採用, そして、抵抗器およびコンデンサネットワークは、終端インピーダンスとして使われる. 終端抵抗Rは伝送線路インピーダンスZ 0以下でなければならない, コンデンサCは100 pFより大きくなければならない. 0を使用することをお勧めします.1 UF多層セラミックコンデンサ. コンデンサは、低周波数を遮断し、高周波を通過する機能を有する, したがって、抵抗Rは駆動源のDC負荷ではない, したがって、この終了方法は、いかなるDC電力消費も有しない. クロストークは、信号が伝送線路上を伝搬するときの電磁結合による隣接する伝送線路上の望ましくない電圧ノイズ干渉を指す. 結合は容量結合と誘導結合に分けられる. 過度のクロストークが回路の誤トリガを引き起こす, システムが正しく動作しない結果. クロストークの特性によると, several main methods to reduce crosstalk can be summarized:
(1) Increase the line spacing, 並列長を減らす, 必要に応じてジョグ配線を使用する.
(2) When high-speed signal lines meet the conditions, 終了マッチングの追加は反射を減少または除去することができる, それによってクロストークを低減する.
(3) For microstrip transmission lines and strip transmission lines, クロストークは、トレースの高さをグランドプレーン範囲よりも高くすることによって、大幅に低減することができる.
(4) Under the condition that the wiring space allows, 2つの線の間に接地線を挿入する, 分離の役割を果たし、クロストークを減らすことができる.
伝統的な高速分析とシミュレーションガイダンスの欠如のため PCBボード design, 信号の品質は保証できない, そして、ほとんどの問題は、プレート作成テストの後まで見つけることができません. これにより、設計効率が大幅に低下し、コストが増大する, これは明らかに激しい市場競争で不利です. したがって, 高速設計のために PCBボードs, 業界の人々は新しいデザインアイデアを提案した, 「トップダウン」の設計法. 各種政策分析・最適化, ほとんどの可能な問題が回避され、多くの時間を節約, プロジェクト予算を満たす, 高品質プリント板の製造, 退屈で高価なテストエラーを避けること, etc. ディジタル信号を伝送するための差動線の使用は高速ディジタル回路における信号完全性を破壊する要因を制御するための有効な手段である. プリント回路基板上の差動線は、擬似TEMモードで動作する差動マイクロ波集積伝送線路対と等価である, ここで、図1の頂部又は底部にある差動ライン PCBボード 結合マイクロストリップ線路と等価である, マルチレイヤ上にある PCBボード. 内層上の微分線, ブロードサイド結合ストリップラインと等価. デジタル信号が差動線18上で伝送されるとき, 奇数モード送信方式, それで, 正と負の信号の位相差は180度, そして、ノイズはコモンモード方法の一対の差動線に連結される. 回路の電圧または電流を差し引く, 信号がコモンモードノイズを除去するために得られるように. 差動線対の低電圧振幅または電流駆動出力は、高速集積および低電力消費の要求を実現する.

6. Conclusion
With the continuous development of electronic technology, 信号完全性の理論を理解することは不可欠である, そして、高速の設計を導く PCBボードs. この記事に要約されたいくつかの経験は高速回路を助ける PCBボード 開発サイクル短縮, 不要な迂回路を避ける, そして、人的資源と材料資源を保存してください. デザイナーは、実際の仕事で研究して、調査し続けなければなりません, 経験を蓄積する, そして、新しい技術を高速に設計する PCBボード 優れた性能で.