точная сборка PCB, высокочастотная PCB, высокоскоростная PCB, стандартная PCB, многослойная PCB и PCBA.
Самая надежная фабрика по обслуживанию печатных плат и печатных плат.
PCB Блог
Расчет надежности печатных плат высокоскоростной системы DSP
PCB Блог
Расчет надежности печатных плат высокоскоростной системы DSP

Расчет надежности печатных плат высокоскоростной системы DSP

2022-07-20
View:42
Author:печатных плат

Характеристики печатных плат высокоскоростной системы DSP и несколько вопросов, на которые следует обратить внимание при проектировании надежности, включая конструкцию источника питания, программную и аппаратную защиту от помех, конструкцию электромагнитной совместимости, конструкцию рассеивания тепла и способ подключения важных сигнальные линии высокоскоростных цепей делают каждую конструкцию более эффективной. Разумно и легко реализовать. Из-за быстрого развития технологии микроэлектроники цифровая электронная система, состоящая из микросхем ИС, быстро развивается в направлении больших масштабов, малого объема и высокой скорости, а скорость разработки становится все быстрее и быстрее. Применение новых устройств приводит к высокой плотности схемотехники в современных конструкциях ЭДУ, а также очень высокой частоте сигналов. С использованием высокоскоростных устройств будет появляться все больше и больше высокоскоростных систем DSP (цифровая обработка сигналов). Проблема сигнала становится серьезной проблемой в конструкциях, характеризующихся постоянно растущими скоростями системной передачи данных, тактовой частотой и плотностью цепей, и чьи печатные платы рассчитаны на поведение, сильно отличающееся от характеристик низкоскоростных конструкций, то есть проблемы с целостностью сигнала. , проблемы усугубления помех, проблемы электромагнитной совместимости и так далее. Эти проблемы могут вызвать или непосредственно привести к искажению сигнала, ошибкам синхронизации, неправильным данным, адресам и линиям управления, системным ошибкам и даже сбоям системы. Если их не решить должным образом, они серьезно повлияют на производительность системы и принесут неизмеримые потери. Решение этих проблем в основном зависит от схемотехники. Поэтому качество дизайна печатной платы очень важно, и это единственный способ воплотить концепцию дизайна в реальность. Далее обсуждаются несколько вопросов, на которые следует обратить внимание при проектировании надежности печатной платы в высокоскоростных системах DSP.

печатных плат

Силовой дизайн

Первое, что необходимо учитывать при проектировании печатных плат высокоскоростной системы DSP, — это конструкция блока питания. При проектировании источников питания обычно используются следующие методы для решения проблем целостности сигнала.


Учитывайте развязку питания и заземления

С увеличением рабочей частоты DSP, DSP и другие компоненты интегральных схем имеют тенденцию к миниатюризации и плотному размещению. Обычно в схемотехнике рассматриваются многослойные платы. Рекомендуется, чтобы выделенный слой можно было использовать как для источника питания, так и для земли. Например, напряжение питания ввода-вывода DSP отличается от напряжения питания ядра, поэтому можно использовать два разных уровня питания. Если учесть высокую стоимость обработки многослойных плат, можно использовать специальный слой для источника питания с большим количеством проводов или относительно важным источником питания, а также можно использовать другие слои источника питания. Источник питания может быть проложен так же, как и сигнальные линии, но обратите внимание на ширину линий. Независимо от того, имеет ли печатная плата специальный слой заземления и слой источника питания, между источником питания и землей должна быть добавлена определенная и разумно распределенная емкость. В целях экономии места и уменьшения количества сквозных отверстий рекомендуется использовать больше микросхем-конденсаторов. Чип-конденсатор можно разместить на обратной стороне печатной платы, то есть на поверхности сварки. Чип-конденсатор подключается к отверстию широким проводом и через отверстие подключается к источнику питания и заземляющему слою.


Правила электромонтажа с учетом распределения питания

Отдельные аналоговые и цифровые силовые плоскости: высокоскоростные и высокоточные аналоговые компоненты чувствительны к цифровым сигналам. Например, усилитель будет усиливать коммутационный шум, делая его близким к импульсному сигналу, поэтому в аналоговой и цифровой части платы вообще требуется разделять плоскость питания.


Изоляция чувствительных сигналов: некоторые чувствительные сигналы (такие как высокочастотные часы) особенно чувствительны к шумовым помехам, и для них должны быть приняты меры по изоляции высокого уровня. Высокочастотные часы (часы выше 20 МГц или часы с временем переключения менее 5 нс) должны сопровождаться заземляющими проводами. Ширина провода часов не менее 10 мил, а ширина сопровождаемого заземляющего провода не менее 20 мил. Отверстие хорошо соприкасается с пластом, и через каждые 5 см делаются сквозные отверстия для соединения с пластом; демпфирующий резистор от 22 Ом до 220 Ом должен быть подключен последовательно на стороне передачи часов. Помех, вызванных сигнальным шумом, создаваемым этими линиями, можно избежать.


Программное и аппаратное обеспечение защиты от помех: как правило, печатная плата высокоскоростной прикладной системы DSP разрабатывается пользователем в соответствии с конкретными требованиями системы. Из-за ограниченных возможностей конструкции и лабораторных условий, если не будут приняты полные и надежные меры по защите от помех, Неудовлетворительная рабочая среда и электромагнитные помехи приведут к беспорядку в потоке программы DSP. Когда нормально работающий код DSP не может быть восстановлен, программа сработает или выйдет из строя, и даже некоторые компоненты будут повреждены. Следует уделить внимание принятию соответствующих мер защиты от помех.


Аппаратная защита от помех: высокая эффективность аппаратной защиты от помех. Когда сложность, стоимость и объем системы приемлемы, предпочтительнее использовать аппаратную защиту от помех. Обычно используемые аппаратные методы защиты от помех можно резюмировать следующим образом:

(1) Аппаратная фильтрация: RC-фильтры могут значительно ослабить различные высокочастотные помехи. Такие, как могут подавить "глюк" интерференцию.

(2) Разумное заземление: разумная конструкция системы заземления. Для высокоскоростных цифровых и аналоговых систем очень важно иметь заземляющий слой большой площади с низким импедансом. Заземляющий слой может не только обеспечить обратный путь с низким импедансом для высокочастотного тока, но также уменьшить электромагнитные и радиочастотные помехи, а также оказать экранирующее действие на внешние помехи. При проектировании печатной платы разделите аналоговую и цифровую землю.

(3) Меры по защите: Искры, создаваемые источником переменного тока, высокочастотной мощностью, мощным электрическим оборудованием и дугами, генерируют электромагнитные волны и становятся источниками электромагнитных помех. Вышеуказанные устройства могут быть окружены металлическими оболочками, а затем заземлены. Помехи, вызванные электромагнитной индукцией, очень эффективны.

(4) оптическая изоляция: оптические изоляторы могут эффективно предотвращать взаимные помехи между различными печатными платами. Быстродействующие оптические изоляторы часто используются в интерфейсе DSP и других устройств (таких как датчики, переключатели и т. д.).


Программная защита от помех: Программная защита от помех имеет то преимущество, что аппаратные средства защиты от помех не могут заменить. В прикладной системе DSP следует полностью использовать возможности программного обеспечения по защите от помех, чтобы подавить влияние помех. Ниже приведены несколько эффективных программных методов защиты от помех.

(1) Цифровая фильтрация: шум аналогового входного сигнала можно устранить с помощью цифровой фильтрации. Обычно используемые методы цифровой фильтрации включают медианную фильтрацию, среднеарифметическую фильтрацию и т. д.

(2) Установить ловушку: установить загрузочную программу в неиспользуемой области программы. Когда программа нарушена и переходит в эту область, загрузочная программа направляет принудительно захваченную программу по указанному адресу, где специальная программа будет использоваться для исправления неисправной программы. для обработки.

(3) Избыточность инструкций: вставьте два или три байта инструкции отсутствия операции NOP после двухбайтовой инструкции и трехбайтовой инструкции, что может предотвратить автоматический перевод программы на правильный путь, когда система DSP нарушается программа.

(4) Установите время сторожевого таймера: если вышедшая из-под контроля программа входит в «бесконечный цикл», обычно используется технология «сторожевого таймера», чтобы заставить программу выйти из «бесконечного цикла». Принцип заключается в использовании таймера, который генерирует импульс в соответствии с установленным периодом. Если вы не хотите генерировать этот импульс, DSP должен очистить таймер в течение времени, меньшего, чем установленный период; но когда программа DSP убежит, она не будет использоваться. Таймер будет очищен в соответствии с правилами, поэтому импульс, генерируемый таймером, используется в качестве сигнала сброса DSP для сброса и повторной инициализации DSP.


Конструкция с электромагнитной совместимостью: Электромагнитная совместимость относится к способности электронного оборудования нормально работать в сложных электромагнитных средах. Цель проектирования электромагнитной совместимости состоит в том, чтобы электронное оборудование не только подавляло различные внешние помехи, но и уменьшало электромагнитные помехи электронного оборудования другому электронному оборудованию. В реальной печатной плате существуют более или менее электромагнитные помехи между соседними сигналами, то есть перекрестные помехи. Величина перекрестных помех связана с распределенной емкостью и распределенной индуктивностью между контурами. Для устранения взаимных электромагнитных помех между такими сигналами могут быть приняты следующие меры:


Выберите разумную ширину провода: Ударные помехи, вызванные переходным током на печатном проводе, в основном вызваны компонентом индуктивности печатного провода, а его индуктивность пропорциональна длине печатного провода и обратно пропорциональна ширине. Поэтому выгодно использовать короткие и широкие провода для подавления помех. Выводы часов и сигнальные линии драйверов шин часто имеют большие переходные токи, и их печатные проводники должны быть как можно короче. Для схем с дискретными компонентами ширина печатных проводов может соответствовать требованиям и составляет около 1,5 мм; для интегральных схем ширина печатных проводов выбирается между 0,2 мм и 1,0 мм. Принята структура проводки в форме сетки. Конкретный метод заключается в горизонтальной трассировке первого слоя печатной платы печатной платы и вертикальной трассировке следующего слоя.


Конструкция отвода тепла: для облегчения отвода тепла печатная плата устанавливается отдельно, а расстояние между платами должно быть больше 2 см. При этом обратите внимание на правила расположения компонентов на печатной плате. В горизонтальном направлении мощные устройства располагаются максимально близко к краю печатной платы, тем самым сокращая путь теплопередачи; в вертикальном направлении мощные устройства располагаются максимально близко к верхней части печатной платы, что снижает ее влияние на температуру других компонентов. Компоненты, более чувствительные к температуре, следует размещать в местах с относительно низкой температурой, насколько это возможно, и их нельзя размещать непосредственно над устройствами с высоким тепловыделением. При проектировании высокоскоростной прикладной системы DSP то, как превратить идеальную конструкцию из теории в реальность, зависит от высококачественной печатной платы. Рабочая частота схемы DSP становится все выше и выше, контакты все плотнее, а помехи увеличиваются. , как улучшить качество сигнала очень важно. Таким образом, хорошая производительность системы неотделима от качества печатных плат дизайнера.