PCB Блог - высокоскоростная планировка печатных плат на основе PROTEL

В процессе скоростного печатных плат

дизайн, некоторые принципы, связанные с компоновкой и подключением, на которые необходимо обратить внимание при использовании программного обеспечения для проектирования PROTEL, обеспечивают некоторые практические и проверенные методы компоновки и подключения высокоскоростной схемы, улучшают конструкцию высокоскоростной печатной платы. Надежность и достоверность. Результаты показывают, что дизайн сокращает цикл разработки продукта и повышает конкурентоспособность на рынке.

1. Ставится вопрос
С массовым увеличением сложности и интеграции конструкций электронных систем тактовые частоты и время нарастания устройств становятся все быстрее и быстрее, и проектирование высокоскоростных схем стало важной частью процесса проектирования. В высокоскоростных схемах индуктивность и емкость на печатной плате могут сделать провод эквивалентным линии передачи. неправильное размещение оконечной сборки или неправильная проводка высокоскоростных сигналов может вызвать проблемы с эффектом линейной передачи, что приводит к неправильному выводу данных из системы, неправильной работе схемы или даже к отсутствию работы. На основе модели передачи можно сделать вывод, что линия передачи будет привносить в схему неблагоприятные эффекты, такие как отражение сигнала, перекрестные помехи, электромагнитные помехи, источник питания и шум земли. Чтобы спроектировать высокоскоростную плату для печатных плат, которая может работать надежно, необходимо тщательно продумать дизайн, решить некоторые проблемы, которые могут увеличить производительность в процессе компоновки и монтажа, сократить цикл разработки продукта, Повышение эффективности на рынке.

2. Компоновка высокочастотной системы
В разработке схемы печатной платы компоновка является важным звеном, и результат проводки будет зависеть от эффективности монтажа и надежности системы, что требует много времени и является сложной задачей при проектировании всей печатной платы. Условия использования высокочастотных печатных плат требуют использования теоретических знаний при проектировании планшетов высокочастотных систем. Это требует, чтобы человек, занимающийся компоновкой, имел богатый опыт в изготовлении высокоскоростных печатных плат. Обходы, повышение надежности и надежность работы схем. В процессе компоновки следует всесторонне учитывать механическую структуру, рассеивание тепла, электромагнитные помехи, удобство соседней проводки и эстетику. фёрст, разделить функцию всей схемы до разводки, отделить высокочастотную цепь от низкочастотной и отделить аналоговую цепь от цифровой. избежать задержки передачи по длинному проводу и улучшить эффект развязки конденсатора. Кроме того, обратите внимание на взаимное расположение и ориентацию контактов и компонентов схемы и других трубок, чтобы уменьшить взаимное влияние. все высокочастотные компоненты должны быть удалены из аппаратных блоков и других металлических пластин, чтобы уменьшить паразитную связь. Во-вторых, следует обратить внимание на тепловые и электромагнитные эффекты между компонентами при компоновке. Эти эффекты особенно серьезны для высокочастотных систем, рассеивания тепла и экранирования. Лампы мощных выпрямителей и регулировочные трубки должны быть снабжены радиаторами и располагаться вдали от трансформатора. Термостойкие компоненты, такие как электролитические конденсаторы, следует держать вдали от нагревательных компонентов, иначе электролит засохнет, что приведет к увеличению сопротивления и ухудшению рабочих характеристик, что может произойти на случай возникновения цепи. в компоновке было достаточно места для обнаружения обнаружения и обнаружения различных паразитных связей. Чтобы предотвратить электромагнитную связь между катушками на печатной плате, обе катушки должны быть расположены под прямым углом, чтобы снизить коэффициент связи. Также можно использовать метод вертикальной изоляции пластин. соединение проводов с прямым использованием их элементов на цепи. Чем короче вывод, тем лучше. Не используйте разъемы и площадки для пайки, распределительную емкость и распределенную индуктивность. Избегайте размещения компонентов с высоким уровнем шума вокруг кварцевого генератора, аналогового напряжения, траектории траектории сигнала эталонного напряжения. При обеспечении присущего качества и надежности следует учитывать эстетику, разумную планировку печатной платы, компонент должен быть пропорциональным или вертикальным с поверхностью платы, а также параллельно или перпендикулярно краю основной платы. скопление на поверхности компонентов платы должно быть как можно более равномерным, и плотность должна быть одинаковой. Таким образом, он не только красив, но и прост в установке и сварке, и его легко производить серийно.

3. Проводка высокочастотной системы
В высокочастотных цепях параметры распределения сопротивления, емкости, индуктивности и взаимоиндукции сопряженных линий нельзя игнорировать. С точки зрения защиты от помех, необходимая проводка имеет минимальное сопротивление пути, распределенную емкость и паразитную индуктивность в цепи. , возникающее вследствие этого рассеянного магнитного поля в рассеянии рассеяния, так что распределенная емкость, поток рассеяния, электромагнитная взаимная индуктивность и другие помехи, вызванные шумом цепи, подавляются. Проект PROTEL включает в себя довольно широко. Однако многие проектировщики сосредотачиваются только на «скорости компоновки», а улучшения, внесенные в инструменты проектирования PROTEL для адаптации к изменениям характеристик устройства, не используются в проекте, что не только делает трату ресурсов инструментов проектирования серьезной, что затрудняет демонстрацию отличной производительности многих новых устройств. Ниже приводится описание некоторых специальных функций, которые могут выполнять инструмент PROTEL99 SE.
(1) Чем меньше согнуты выводы между штырьками устройства ВЧ схемы, тем лучше. Используйте полную прямую линию. когда необходимо изгибаться, его можно изогнуть по линии сгиба под углом 45° или по дуге окружности, чтобы исключить выделение высокочастотных сигналов и взаимные помехи. связь. При маршрутизации с помощью PROTEL в меню «конструировать» выберите 45 градусов или угол. Вы также можете использовать клавиши Shift+Пробел для быстрого переключения между строками.
(2) Чем короче провод между штырями ВЧ схемы, тем лучше. "продол 99" быстро облегчают монтаж проводов путем резервирования проводов для основных высокоскоростных сетей до обычных проводов. в меню «конструировать» выберите «минимальную» из «топологии монтажа».
(3) Чем меньше чередование слоев выводов между выводами высокочастотного схемного устройства, тем лучше. То есть чем меньше дырок в процессе соединений, тем лучше. Переходное отверстие может привести к 0,емкости распределения 5пФ, а уменьшение количества переходных отверстий может значительно увеличить скорость.

(4) При разводке высокочастотных цепей учитывать "перекрёстные помехи" Тоесть, возникающие при параллельном разводке сигнальных линий. Если невозможно избежать параллельного распределения, большую площадь «земли» можно расположить на противоположной стороне параллельных сигнальных линий, чтобы значительно уменьшить помехи. параллельные линии в одном и том же изображении неизбежны, но в двух смежных слоях, направление этой линии должно быть перпендикулярно, чего нетрудно достичь в PROTEL, но легко игнорировать. В меню «Дизайн» «правила» в «RoutingLayers» выберите Horizontal для Toplayer и Vertical для BottomLayer. Кроме того, функция «Многоугольник» предусмотрена в «месте», то есть на поверхности медной фольги полигональной сетки. если поместить, то полигон будет взят за одну поверхность всей печатной платы, и на эту медь будет нанесена. Он подключается к GND схемы, позволяет повысить помехоустойчивость высоких частот, а также имеет большие преимущества по рассеиванию тепла и прочности печатной платы.
(5) Меры по окружению грозозащитными тросами применяются для особо важных сигнальных линий или местных устройств. «Контур выбранных объектов» находится в «Инструментах», которые можно использовать для автоматического «заземления» выбранных важных сигнальных линий (таких как схема генератора LT и X1).
(6) Как правило, линия питания и линия заземления цепи устанавливаются шире, чем сигнальная линия. Вы можете использовать «Классы» в меню «Проект», чтобы классифицировать сеть на силовую сеть и сигнальную сеть. можно легко подобрать правильную установку. Переключите ширину линии линий электропередач и сигнальных линий.
(7) Все виды дорожек не могут образовывать петлю, а заземляющий провод не может образовывать токовую петлю. Если создается петлевая цепь, это вызовет большие помехи в системе. В связи с этим можно подключить к, что может эффективно избежать образования петель, ветвь или пень в процессе монтажа, но также создает проблему непростых соединений.
(8) По данным и конструкции различных микросхем оцените ток, проходящий через линию электропередач, и определите необходимую ширину провода. эмпирическая формула, можно получить: W (ширина линии) ¥ L (мм/А) Ã I (А). В соответствии с текущим размером, максимально увеличить мощность линии питания, чтобы уменьшить сопротивление контура. В то же время направление линии электропередачи и линии заземления соответствует направлению передачи данных, что помогает улучшить защиту от шума. При необходимости можно добавить высокочастотный дроссель из меди в провод питания и на заземлитель, чтобы перекрыть проводимость высокочастотных шумов.
(9) Ширина проводки одной и той же сети должна быть одинаковой. Изменение ширины линии приведет к неравномерному характеристическому сопротивлению линии. Когда скорость передачи высока, возникает более сильное отражение, которого следует по возможности избегать в конструкции. В то же время увеличьте ширину линии параллельных линий. если расстояние между центрами линий не более чем в 3 раза превышает превышение линий, 70% электрического поля можно удерживать без взаимных помех, это называется принцип 3W. Таким образом, можно привлечь влияние распределенных емкостей и распределенной индуктивности, вызываемых привлеченными линиями.

4. Конструкция шнура питания и заземляющего провода
Чтобы устранить падение напряжения, вызванное шумом источника питания и полным сопротивлением линии, вносимым высокочастотной цепью, необходимо полностью учитывать надежность системы электропитания в высокочастотной цепи. Как правило, есть два решения: первое — использовать технологию шины питания для проводки; другой заключается в использовании отдельного слоя источника питания. в дальнейшем процесс производства последних сложнее, а стоимость дороже. следовательно, технология шины питания сетевого типа может использоваться для проводки, Таким образом, каждый принадлежит к разным циклам, и токи на каждой шине в сети имеют тенденцию быть сбалансированными, уменьшая проблему падения напряжения, вызванную импедансом линии. Мощность высокочастотной передачи относительно велика. Поскольку индуктивное сопротивление провода заземления пропорционально частоте и длине, при рабочей частоте выше общее увеличение увеличивается, что увеличивает электромагнитные помехи, создаваемые общим сопротивлением заземления, поэтому требуется минимальная длина охвата. Минимизируйте длину сигнальных линий и увеличьте площадь контура заземления. На выводы питания и заземления микросхемы устанавливаются один или несколько высокочастотных развязывающих конденсаторов, чтобы обеспечить близлежащий высокочастотный канал для переходного тока интегральной микросхемы, чтобы ток не проходил по линии питания с большая площадь контура, это значительный радиационный шум. В качестве развязывающего конденсатора необходимо выбрать монолитный емкостной керамический конденсатор с хорошим сигналом высокой частоты. Используйте танталовые или полиэфирные конденсаторы большой емкости вместо электролитических конденсаторов в качестве накопительных конденсаторов для зарядки цепи. Поскольку распределенная индуктивность электролитических конденсаторов велика, он не действует на высоких частотах. При использовании электролитических конденсаторов парное использование конденсаторов связи с высокочастотными характеристиками.

5. Другие технологии проектирования высокоскоростных схем
Согласование импеданса относится к рабочему состоянию, в котором импеданс нагрузки и внутренний импеданс источника возбуждения согласованы друг с другом для получения выходной мощности. При подключении высокоскоростных печатных плат, для предотвращения отражения сигнала, импеданс линии должен быть 50 Ом. Это приблизительная цифра. Как правило, основная полоса коаксиального кабеля составляет 50 Ом, полоса частот - 75 Ом, двойная скрутка - это 100 Ом. Это всего лишь целое число, для удобства сопоставления. Согласно анализу конкретной схемы, используется параллельная оконечная нагрузка переменного тока, используемая резисторно - ёмкостная сеть в качестве оконечного импеданса. конечный резистор r должен быть меньше или равно сопротивлению линии передачи Z0, а емкость конденсатора C должна быть больше 100 пФ. Рекомендуется использовать многослойный керамический конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Конденсатор имеет функцию блокировки низкой частоты и прохождения высокой частоты, поэтому резистор R не является нагрузкой постоянного тока источника возбуждения, поэтому этот метод согласования не требует потребления мощности постоянного тока. последовательное возникновение, когда сигнал измеряется по линии передачи, из-за электромагнитной связи, непредусмотренные помехи напряжения на соседней линии передачи. Связь делится на емкостную связь и индуктивную связь. слишком много помех может возникнуть сбой в цепи, что приводит к неправильной работе системы. В соответствии с некоторыми характеристиками перекрестных помех можно выделить несколько основных методов уменьшения перекрестных помех:
(1) Увеличьте расстояние между линиями, уменьшите мощность напряжения и при необходимости используйте ступенчатую проводку.
(2) Когда высокоскоростные сигнальные линии удовлетворяют условиям, добавление согласования оконечной нагрузки может уменьшить или устранить отражения, Таким образом уменьшить соучастие.

(3) Для микрополосковых линий передачи и полосовых линий передачи перекрестные помехи могут быть значительно уменьшены за счет ограничения высоты дорожек так, чтобы она превышала диапазон заземления.
(4) При условии, что пространство для проводки позволяет, Вставить представление между двумя линиями, которые могут играть роль изоляции и уменьшать перекрестные помехи.
Из-за отсутствия высокоскоростного анализа и руководства по моделированию в традиционной конструкции печатных плат качество сигнала не может быть гарантировано, и большинство проблем не могут быть обнаружены до тех пор, пока не будет проведено испытание на изготовление форм. это значительная эффективность разработки и привлечения затрат, что явно невыгодно в условиях жесткой рыночной конкуренции. Поэтому для проектирования высокоскоростных печатных плат люди в отрасли предложили новую дизайнерскую идею, которая стала методом проектирования «сверху вниз». После различных политик анализа и оптимизации удалось избежать большинства возможных проблем и сэкономить много времени, обеспечивая выполнение бюджетов проектов, производя высококачественные печатные платы, охватывая громоздких и медицинских тестов и т. д. Использование дифференциальных линий для передача цифровых сигналов является эффективной мерой контроля факторов, нарушающих целостность сигнала в высокоскоростных цифровых цепях. Дифференциальная линия на печатной плате эквивалентна дифференциальной СВЧ-интегральной паре линий передачи, работающей в квази-ТЕМ режиме, среди них разностная линия, расположенная на поверхности или верхних слоях панели печатных плат, эквивалентна линии связи, которая расположена на многослойный печатный картон. Дифференциальная линия на внутреннем слое, эквивалентная поперечной полосковой линии. когда цифровой сигнал присутствует на разностной линии, это метод передачи нечетного режима, то есть разность фаз между положительным и отрицательным сигналами составляет 180 °, а шум передается по паре дифференциальных линий синфазным образом. . Напряжение или ток цепи вычитается. Таким образом, можно получить сигнал для поглощения шума общего типа. Низковольтная амплитуда или управляемый током выход дифференциальной пары линий реализуют требования высокоскоростной интеграции и низкого энергопотребления.

6. Заключение
С непрерывным развитием электронных технологий крайне важно понимать теорию целостности сигнала, затем руководство и проверку высокоскоростных планшетов печатных плат. Некоторый опыт, обобщенный в этой статье, может помочь разработчикам высокоскоростных печатных плат сократить цикл разработки, избежать ненужных обходных путей и сэкономить рабочую силу и материальные ресурсы. Дизайнеры должны продолжать исследования и исследования в реальной работе, накапливать опыт и комбинировать новые технологии для проектирования высокоскоростных устройств. печатных плат с отличной производительностью.