Высокоскоростная печатная плата:подробное руководство

Несомненно, в большинстве обычных инженерных проектов используется стандартный дизайн печатной платы. Кроме того, традиционные печатные платы не могут работать для всего. Итак, если вы имеете дело с продвинутым приложением, вам понадобится высокоскоростная печатная плата.

Однако проектирование высокоскоростных печатных плат может оказаться сложной задачей. Вам нужно будет обратить внимание на такие детали, как целостность сигнала, отражения и перекрестные помехи. Если вы не знакомы с каким-либо из этих терминов, эта статья для вас.

В этой статье вы узнаете все о высокоскоростных печатных платах и ​​правилах их проектирования. Мы также сравним его с высокочастотной печатной платой.

Итак, приступим.

Что такое высокоскоростная печатная плата?

Высокоскоростная система

Высокоскоростные печатные платы — это устройства, которые используют высокоскоростные сигналы для передачи данных между компонентами. Сигналы проходят по медным дорожкам платы, пока не достигают своих целей. Кроме того, сигнал может быть аналоговым или цифровым.

Однако разница между высокоскоростными и стандартными платами незначительна. Но сначала вам нужно знать следующее:то, что мы используем для классификации системы как «высокоскоростной», — это частота фронтов сигнала системы. Итак, если это быстро, это высокоскоростная печатная плата. Таким образом, скорость фронта сигнала в системе отличает высокоскоростные печатные платы от стандартных.

Мы также рассматриваем любую печатную плату с высокой целостностью сигнала как высокоскоростную печатную плату. Другие признаки, которые могут помочь вам отличить высокоскоростную конструкцию от обычной, — это то, что высокоскоростные печатные платы имеют входные радиочастотные интерфейсы для беспроводной сети.

Кроме того, в большинстве высокоскоростных проектов основное внимание уделяется взаимосвязанным проектам, проектам стека печатных плат и маршрутизации. Так что с третьей областью проблем не возникнет, если вы все сделаете правильно в первых двух областях.

Приложения для высокоскоростных печатных плат

Несколько печатных плат

Высокоскоростные печатные платы работают практически во всех приложениях. Вот некоторые из приложений, которые поддерживают использование высокоскоростных печатных плат:

• Вы можете использовать высокоскоростные печатные платы в системах сетевой связи. Основной целью здесь является проверка целостности сигнала.
• Из высокоскоростных печатных плат можно создавать высокоскоростные цифровые тестовые платы. Эти платы могут тестировать различные сигналы, в том числе спад радиочастотного сигнала.
• Из высокоскоростных печатных плат также можно создавать мощную бытовую электронику с большими объемами и быстрым выходом на рынок.
• Высокоскоростные печатные платы также могут создавать радиосхемы с высокими требованиями к контролю импеданса.
• Кроме того, эти платы также подходят для медицинского оборудования, требующего высокой скорости работы.

Другие продукты, в которых используются высокоскоростные печатные платы, включают:

• Маршрутизаторы
• Высокоскоростные каналы передачи данных
• Серверы
• Усилители мощности
• Сети хранения данных
• Модули приемопередатчика

Правила проектирования высокоскоростных печатных плат и проблемы

Печатная плата

Как и любой другой процесс проектирования печатных плат, высокоскоростные печатные платы имеют правила, определяющие их метод проектирования. Мы подробно рассмотрим некоторые правила, а также рассмотрим возможные проблемы с дизайном.

Сопротивление

При проектировании высокопроизводительной печатной платы необходимо учитывать два значения импеданса. Эти значения импеданса включают несимметричный импеданс Zo и дифференциальный импеданс Zdiff.

Это общие значения импеданса как для параллельных, так и для последовательных интерфейсов. Кроме того, важно придерживаться правильного импеданса при проектировании высокоскоростных печатных плат. В противном случае на дорожках вашей печатной платы будут отражения сигнала.

Это не все. Использование неправильного импеданса также приведет к потере качества сигнала, низкой рабочей частоте и возникновению невыносимых электромагнитных помех.

Другие типы импеданса, которые вам необходимо учитывать, хотя они и встречаются редко, включают:

• Общий ZCM
• Даже режим Зои
• И нечетный зоопарк

Заземление

Для большинства высокоскоростных печатных плат невозможно отследить все интерфейсы на одном уровне. Поэтому вам понадобится помощь переходных отверстий для переноса трасс на несколько слоев. Однако существуют определенные правила, регулирующие этот процесс.

• Ваши проекты должны иметь одинаковый потенциал многоугольника GND на всех слоях, особенно вблизи сигнальных отверстий. Мы называем эти переходные отверстия GND сквозными переходными отверстиями, и они должны располагаться как можно ближе к полигону GND. Кроме того, соблюдение этого правила гарантирует, что все высокоскоростные трассы будут иметь одинаковую ссылку GND.

• Будьте осторожны при проектировании переходных отверстий. Плохой дизайн вызовет проблемы с импедансом на вашей плате. Но этого можно избежать, убедившись, что все переходные отверстия имеют правильный диаметр.

• Использование переходных отверстий для высокоскоростной маршрутизации сигнала может оказаться сложной задачей. Таким образом, между переходными отверстиями должно быть достаточно места, чтобы избежать высокой плотности тока и перегрева.

Перекрёстные помехи

Перекрёстные помехи — это любой нежелательный эффект, возникающий при передаче сигналов по каналу связи. Эти нежелательные эффекты обычно возникают на соседних дорожках и часто вызывают изменение сигнала.

Кроме того, перекрестные помехи обычно возникают, когда дорожки проходят слишком близко друг к другу. В таком случае вы можете уменьшить перекрестные помехи, оставив расстояние между дорожками не менее 3 Вт.

Для дифференциальных пар используйте правило 5W, чтобы правильно расположить дорожки. Кроме того, если для вашей платы требуется дифференциальная пара, передающая периодические сигналы, мы рекомендуем держать ее на расстоянии не менее 8 Вт от других дифференциальных пар.

Также должно быть достаточное расстояние между дорожками с асинхронными сигналами и дорожками высокоскоростных сигналов. Кроме того, вы можете свести к минимуму перекрестные помехи на многослойных платах, прокладывая дорожки перпендикулярно дорожкам соседней платы.

Расположение компонентов

Плата с компонентами

Расположение компонентов имеет важное значение для проектирования высокоскоростных печатных плат. Прежде чем приступить к проектированию, спланируйте, где вы будете размещать компоненты.

В идеале вы должны разместить отдельный многоугольник GND для аналоговых компонентов (если они есть) и держать их подальше от цифровых дорожек и компонентов. Таким образом, вы сможете избежать проблем с электромагнитными помехами.

Кроме того, высокоскоростные компоненты не нуждаются в очень длинных дорожках. Поэтому убедитесь, что у вас достаточно места для настройки длины, чтобы они не находились рядом с источниками помех.

Кроме того, вы должны избегать размещения высокоскоростных компонентов вблизи края платы. Это отрицательно скажется на качестве сигнала. Вместо этого вы можете разместить такие компоненты ближе к центру.

Форма дорожки

Различные формы дорожек

Скоростные трассы должны иметь закругленные и плавные углы. Также следует избегать резких поворотов. Но для получения наилучшей формы дорожки может потребоваться некоторое время.

Лучший способ получить оптимальную форму дорожек и избежать изменений импеданса — согнуть их под углом 45 градусов.

Три больших проблемы проектирования высокоскоростных печатных плат

У высокоскоростных печатных плат есть много проблем, которые могут сделать схему бесполезной, если вы их не решите. И из всех различных проблем мы перечислили три основных, которых вам следует избегать. Итак, давайте поближе познакомимся с этими тремя.

Время

У вашей платы есть проблемы с синхронизацией, если ваши сигналы не передаются правильно, особенно по сравнению с другими знаками. Часы контролируют все эти сигналы, поэтому, если вы плохо синхронизируете время, единственные данные, которые вы получите, — это поврежденные данные.

Решение:вы можете решить эту проблему, сопоставив две связанные длины трасс. Он синхронизирует трассировки с вашими тактовыми частотами и заставит их передавать одновременно.

Шум

Шум — это любая форма помех, которая влияет на ваши сигналы во время передачи. На каждой печатной плате есть некоторый шум, но высокий уровень шума может привести к повреждению данных. Следовательно, создание проблемы, которую вы должны избегать в своих проектах.

Решение:Держите достаточное расстояние между вашими трассами, чтобы сделать их менее восприимчивыми к шуму. Надлежащее расстояние также снизит уровень шума вашей печатной платы.

Целостность

Если ваши сигналы после передачи выглядят не так, как должны, это скомпрометировало целостность. Такие ситуации обычно являются результатом помех, которые могут повлиять на целостность сигнала во время передачи.

Решение:Использование правильного импеданса между приемником и передатчиком может улучшить целостность и качество вашего сигнала. Это также снизит чувствительность вашего сигнала к шуму.

Навыки проектирования высокоскоростных печатных плат

Дизайн печатной платы

Вот некоторые навыки, которые вам понадобятся перед проектированием высокоскоростной печатной платы.

Как трассировать трассы с контролем импеданса

Плата с синими следами

Вы должны понимать, как рассчитать стек слоев и ширину трассы. Результаты этих расчетов дадут вам основные значения импеданса. Неправильные значения импеданса отрицательно скажутся на вашем сигнале и приведут к повреждению данных.

Минимизация области цикла

Высокоскоростные сигналы довольно восприимчивы к проблемам EMI/EMC. Но вы можете уменьшить влияние этих проблем, следуя простым основным правилам. Эти правила включают в себя уменьшение площадей петель, использование непрерывных плоскостей заземления и множества сквозных переходов, а также оптимизацию обратных путей трассировки.

Навыки высокоскоростной маршрутизации

При прокладке высокоскоростных трасс необходимо учитывать множество факторов. Во-первых, вы должны знать, как резать заземляющие плоскости и делать дорожки короткими. Вы также должны защитить свои дорожки от помех и разнести цифровые линии, чтобы избежать перекрестных помех.

Используйте передовое программное обеспечение для дизайна

Проектирование высокоскоростных печатных плат требует от вашего программного обеспечения САПР множества сложных функций. И вам нужен необходимый навык, чтобы обращаться с этими функциями. Таким образом, вы сможете избежать разработки ужасных высокоскоростных схем.

Высокоскоростная печатная плата и высокочастотная печатная плата

Печатная плата

Хотя высокоскоростные и высокочастотные имеют разные определения, их плата по сути одинакова. Оба они используют синусоиду как носитель модулированных сигналов.

Однако есть небольшие отличия. Например, мы используем быстродействующие схемы, когда напряжение увеличивается и уменьшается в короткие промежутки времени. При этом мы используем высокочастотные платы с короткими циклами замыкания.

Различия не настолько очевидны, чтобы устанавливать их как отдельные доски. Они даже используют одни и те же базовые материалы. Вам нужно сосредоточиться на поддержании целостности сигнала или вашей схемы.

Округление

Высокотехнологичная печатная плата

Многое может пойти не так, если вы не будете осторожны при проектировании высокоскоростных печатных плат. В отличие от обычных печатных плат, вам потребуется много времени и внимания при разработке правильной схемы высокоскоростной схемы.

Кроме того, вам нужны определенные навыки, прежде чем создавать какие-либо проекты, например, знать, как правильно разводить дорожки и измерять импеданс. Вы также должны следить за размещением компонентов, чтобы не усложнять жизнь производителям.

Вы хотите производить высокоскоростные печатные платы? Затем свяжитесь с нами, и мы будем рады предложить лучший совет и услуги.