Projektowanie PCB o dużej prędkości-Obecnie większość urządzeń elektronicznych, czasami nawet prostych, wykorzystuje układy scalone zdolne do pracy z bardzo dużą prędkością. Urządzenia te wymagają starannie zaprojektowanej płytki PCB do pracy z dużymi prędkościami.
Podczas projektowania takiej szybkiej płytki drukowanej istnieje duża liczba czynników i parametrów, które muszą być precyzyjnie dobrane, aby mieć pewność, że projekt będzie działał w pierwszym podejściu.
W tym artykule podpowiemy, jak zaprojektować płytkę drukowaną o wysokiej prędkości i co należy wziąć pod uwagę w tym procesie.
1、Projektowanie PCB o dużej prędkości-Co to jest High-Speed PCB Design
Kiedykolwiek masz sygnały na PCB, które mają wysokie prędkości krawędzi, stają się one zależne od drobnych czynników w układzie PCB. Sygnały te mogą stracić integralność i wpływają na nie parametry fizyczne, takie jak układ płyty, impedancja, obszar pętli, ogólny projekt i typ opakowania.
Dlatego proces projektowania PCB, który jest zoptymalizowany pod kątem zachowania integralności sygnałów dla tych szybko zmieniających się sygnałów, jest określany jako projekt PCB o dużej szybkości.
W projektach o dużej szybkości wykorzystuje się wysokiej jakości materiały PCB z ciasnym uzwojeniem włókien, bliskimi tolerancjami i kontrolowaną impedancją.
W projektach o dużej szybkości próbuje się również stosować małe opakowania komponentów, takie jak BGA, LGA, MSOP itp. zamiast większych pakietów.
Zdjęcie 1: Mikrokontroler ze ścieżkami idącymi do zewnętrznego złącza
2、Wyzwania związane z projektowaniem płyt PCB o dużej prędkości
W poniższej części przedstawione zostaną główne wyzwania projektowe związane z projektowaniem szybkich płyt PCB
2.1 Projektowanie PCB o dużej prędkości-Tolerancje
Ponieważ nawet minimalna charakterystyka PCB może wpływać na zachowanie sygnału, producent musi mieć wąskie tolerancje.
Są to tolerancje typowe dla takich rzeczy jak ślady o kontrolowanej impedancji, odkładanie się płyty i pojemność, a także ogólna długość i szerokość znaczników.
2.2 Dostępność materiałów o wysokiej prędkości
Powyżej pewnych prędkości, jeśli sygnały stają się zbyt szybkie, może zacząć być wymagane użycie unikalnego materiału PCB.
Standardowe włókno szklane na bazie FR4 nie jest najlepsze, jeśli chodzi o projektowanie płyt o dużej prędkości. Kilka materiałów PCB używanych w projektach o dużej prędkości to wzmocniony FR-4, Poliamid, PTFE.
2.3 Projektowanie PCB o dużej prędkości-Wybór właściwego układu warstw
Kolejnym krytycznym czynnikiem, szczególnie w płytach wielowarstwowych, jest wybór właściwego układu warstw, gdzie należy umieścić grubą warstwę prepregu, gdzie należy umieścić płaszczyzny zasilania i uziemienia, a także separację pomiędzy arkuszami. Wszystkie te czynniki, jeśli zostaną dobrane prawidłowo, poprawią integralność sygnału.
2.4 Połączenia między płytami
Kiedy projekt składa się z wielu szybkich płyt, które muszą być połączone, konieczne jest użycie połączeń, które mogą prawidłowo przesyłać sygnały o dużej prędkości, zazwyczaj są to kable ekranowane i o dopasowanej długości. Złącza powinny mieć piny zorientowane w taki sposób, aby zminimalizować straty sygnału.
Obrazek 2: Układ QFN o doskonałym skoku wymaga ścisłych tolerancji, jak pokazano
3. Umiejętności projektowania płyt PCB o dużej szybkości działania
3.1 Projektowanie PCB o dużej prędkości-Znajomość oprogramowania projektowego, które posiada zaawansowane opcje
Projekty o dużej szybkości wymagają wielu zaawansowanych funkcji w oprogramowaniu CAD. Wiele programów przeznaczonych dla hobbystów może ich nie posiadać. Pakiety internetowe również zazwyczaj nie mają zaawansowanych opcji.
Trzeba więc nauczyć się i nabrać wprawy w posługiwaniu się zaawansowanym narzędziem CAD.
3.2 Projektowanie PCB o dużej prędkości-Routing High-Speed
Projektant musi znać zasady niezbędnej rutyny, jeśli chodzi o trasy o dużej prędkości. Będzie to obejmować rzeczy takie jak nie cięcie ziemi i utrzymanie krótkiej ścieżki Trzymaj linię cyfrową niezbyt blisko, aby uniknąć przesłuchań i blokować wszystkie elementy, które powodują zakłócenia, aby uniknąć uszkodzenia integralności sygnału
3.3 Przejście kontrolowane impedancją
Niektóre typy sygnałów wymagają dopasowania impedancji które zazwyczaj występują w wielkości od 40 do 120 omów Wskazówka dopasowania impedancji charakterystycznej to antena i wiele par różnicowych
Projektanci muszą znać sposób obliczania szerokości przejścia i piętrowego piętrowania warstw dla żądanej wartości oporu Jeśli linia trasowania nie ma prawidłowej wartości oporu, sygnał może zostać poważnie obniżony, co powoduje uszkodzenie danych
Projektowanie PCB o dużej prędkości-Długość 3.4 dopasowuje linię trasowania
Szybkie magistrale pamięci masowej i magistrale interfejsów mają wiele kabli Obwody te działają bardzo często, więc sygnał musi przejść z nadawcy do odbiorcy w tym samym czasie Potrzebuje właściwości dopasowania długości Większość standardów ogólnych definiuje wartości tolerancji, które muszą być zgodne z długością
3.5 Minimalizacja powierzchni pętli
Projektanci PCB muszą wiedzieć, że sygnały o wysokiej częstotliwości powodują wiele problemów EMI i EMC Aby zminimalizować te problemy, muszą one przestrzegać podstawowych zasad, takich jak optymalizacja ścieżki powrotu prądu przejściowego i umieszczanie dużej liczby przejść w celu uzyskania ciągłej warstwy uziemienia i zmnie
Rysunek 3 Kontrolowany impedancję i linię różnicową z układu BGA
4, Projektowanie PCB o dużej prędkości-Szybki projekt PCB Exxon
Poniżej przedstawiono najważniejsze rozważania dotyczące projektu podczas projektowania szybkich płyt drukowanych
Odbicie sygnału 4.1
Gdy sygnał jest szybki, linia przenosząca sygnał przypomina linię przesyłową z impedancją właściwą Aby zminimalizować odbicia wzdłuż ścieżki, należy dopasować impedancję obwodu do impedancji źródła sygnału
Projektowanie PCB o dużej prędkości-Dzwonek sygnału 4.2
Dzwonek sygnału odnosi się do niepotrzebnego odsunięcia napięcia lub prądu na drodze przesyłu, co powoduje dodatkowy przepływ prądu i opóźnienie, w którym sygnał dotrze do miejsca docelowego To może być szybka linia zegara i inne wiadomości Więc te sygnały powinny być blokowane bez zakłóceń
4.3 Pytania dotyczące przesłuchania
Kiedy dwie linie szybkiego sygnału zbliżają się blisko siebie, wykrywają napięcie między sobą Dlatego ważne jest, aby nie umieścić tych znaczników zbyt blisko, aby zapobiec zakłócaniu wzajemnego działania
4.4 Projektowanie PCB o dużej prędkości-Czas sygnału
Jeśli dwie ścieżki wysyłają sygnały o dużej prędkości i mają różne długości, czas dotarcia do miejsca docelowego będzie nieznacznie różny Jeśli komunikat powinien być zsynchronizowany ze standardową linią zegara, może to być poważny problem W takich przypadkach należy dopasować długość sygnału
5. Skąd wiesz, czy potrzebujesz szybkiego projektu
5.1 Projektowanie PCB o dużej prędkości-Czy masz szybki interfejs do PCB
Szybkim sposobem określenia, czy wymagana jest zgodność z szybkimi wytycznymi projektowymi, jest sprawdzenie, czy masz szybkie złącza, takie jak PCI-e, DDR, a nawet złącza wideo, takie jak DVI i HDMI
Wszystkie te interfejsy wymagają przestrzegania zasad projektowania o dużej prędkości Proszę podać dokładne specyfikacje każdego z danych w swoim dokumencie
Wartość współczynnika długości podrysu i długości fali sygnału 5.2
Ogólnie rzecz biorąc, jeśli długość fali wiadomości jest równa długości linii trasowania, płyta drukowana musi być zaprojektowana z dużą prędkoś Niektóre standardy, takie jak DDR, wymagają, aby długość linii trasowania była zgodna z minimalną tolerancją
Świetną przybliżoną liczbą jest to, że jeśli długość i długość fali podrysu znajdują się w jednej wielkości Więc przyjrzyjmy się szybkim projektowaniu
5.3 Projektowanie PCB o dużej prędkości-Główna płyta z interfejsem bezprzewodowym
Każda płyta, która ma antenę, czy to na płycie, czy przez złącze, musi być zaprojektowana dla sygnałów o dużej prędkości. Anteny pokładowe wymagają również ścisłego dopasowania impedancji i dostrojenia długości.
Płyty ze złączami SMA lub podobnymi wymagałyby, aby ścieżki idące do złącza miały określoną wartość impedancji.
Szczegółowy film na temat rozważań dotyczących projektowania układów o dużej szybkości można znaleźć tutaj:
https://www.youtube.com/watch?v=6jrVZu7eqiw
Obraz 4: Szybkie interfejsy, takie jak DVI i USB, wymagają szybkich projektów
6、Dlaczego OurPCB jest najlepszym wyborem dla Ciebie?
Obraz 5: Maszyna pick and place umieszczająca komponenty SMD 0201 na płytce pcb
Istotne jest, aby wybrać odpowiedniego producenta dla swoich szybkich projektów. Ktoś, kto może zrobić swoje projekty z precyzją, OurPCB jest jednym z takich producentów.
OurPCB jest międzynarodową firmą produkującą i montującą płyty PCB, która zapewnia globalną obsługę i wsparcie przy jednoczesnym wykorzystaniu swoich chińskich możliwości produkcyjnych.
Fabryka OurPCB jest wyposażona w zaawansowane maszyny, w tym, ale nie tylko, trzy szybkie linie SMT, Siemens HS50 Pick and placers, Siemens F5 pick and placers, Heller 1809 Reflows, Speedline MPM drukarki, OK inteligentne lutownicy, i Otek Automatic Optical Inspection jednostek, aby wymienić tylko kilka. Montujemy BGA, LGA, QFN, QFP, DIP, SIP, itp. Najmniejszy SMT footprint jaki możemy zamontować to 0201. Możemy również zapewnić programowanie, okablowanie, jak również usługi wtrysku, i conformal coating.
7、Wniosek
Projekt PCB dla dużych prędkości polega na uwzględnieniu wszystkich powyższych punktów i wybraniu odpowiedniego producenta dla swojego szybkiego systemu. Projekty te wymagają dokładnych procesów produkcyjnych i testów po produkcji.
OurPCB obsługuje wyzwania związane z projektowaniem dużych prędkości i zapewnia, że otrzymasz produkt wysokiej jakości.
Aby uzyskać więcej informacji i złożyć zamówienie, odwiedź: https://www.ourpcb.com/.