Краткие ответы на важные вопросы о проектировании печатных плат

Q1:Как выбрать материал для печатной платы?

A1:Материал печатной платы должен быть выбран полностью на основе баланса между требованиями к дизайну, объемом производства и стоимостью. Требования к конструкции включают электрические элементы, которые следует серьезно учитывать при проектировании высокоскоростных печатных плат. Кроме того, следует учитывать диэлектрическую проницаемость и диэлектрические потери, независимо от того, меняются ли они с частотой.

Q2:Как избежать высокочастотных помех?

A2:Основной принцип преодоления высокочастотных помех заключается в максимальном снижении перекрестных помех, чего можно достичь, увеличив расстояние между высокоскоростными сигналами и аналоговыми сигналами или оборудовав наземную защиту или шунтирующие трассы рядом с аналоговыми сигналами. Кроме того, следует тщательно учитывать шумовые помехи, вызванные цифровым заземлением аналогового заземления.

Q3:Как упорядочить трассы, несущие дифференциальные сигналы?

A3:Два момента должны быть сосредоточены с точки зрения трасс, несущих дифференциальные сигналы. С одной стороны, длина двух линий должна быть одинаковой; с другой стороны, расстояние между двумя линиями должно оставаться параллельным.

Q4:Как упорядочить трассы, несущие дифференциальные сигналы, когда на выходном терминале есть только одна линия тактового сигнала?

A4:Предпосылкой расположения трасс, несущих дифференциальные сигналы, является то, что и источники сигналов, и принимающая сторона должны быть дифференциальными сигналами. Следовательно, дифференциальная маршрутизация никогда не может работать с тактовыми сигналами, содержащими только один выходной конец.

Q5:Можно ли добавить согласованное сопротивление между дифференциальными парами на принимающей стороне?

A5:Согласованное сопротивление обычно добавляется между дифференциальными парами на приемном конце, и его значение равно значению дифференциального сопротивления. В результате качество сигнала будет лучше.

Q6:Почему трассировки дифференциальных пар должны быть близки друг к другу и параллельны?

A6:Следы дифференциальных пар должны быть надлежащим образом сближены и параллельны. Расстояние между трассами дифференциальной пары определяется дифференциальным импедансом, который является ключевым эталонным параметром с точки зрения проектирования дифференциальной пары.

Q7:Как разрешить конфликты между ручной маршрутизацией и автоматической маршрутизацией на высокоскоростных сигналах?

A7:Теперь большинство автоматических маршрутизаторов могут управлять методом прокладки проволоки и количеством сквозных отверстий, устанавливая условия ограничений. Все компании EDA сильно отличаются друг от друга по методам спуска проволоки и постановке условий ограничений. Сложность автоматической прокладки тесно связана с возможностью прокладки проводов. Поэтому эту проблему можно решить, подобрав маршрутизатор с высокой пропускной способностью проводов.

Q8:В конструкции высокоскоростной печатной платы пустая область сигнальных слоев может быть покрыта медью. Как медь должна быть распределена по нескольким сигнальным слоям при заземлении и питании?

A8:Как правило, медное покрытие в основном связано с землей в пустой области. Расстояние между медным покрытием и сигнальными линиями должно быть строго рассчитано, так как медное покрытие немного снижает волновое сопротивление. При этом характеристическое сопротивление других слоев не должно изменяться.

Q9:Можно ли рассчитать волновое сопротивление на силовой плоскости с помощью модели микрополосковой линии? Можно ли использовать модель микрополосковой линии для сигналов между плоскостью питания и плоскостью заземления?

А9:Да. Во время процедуры расчета характеристического импеданса как плоскость питания, так и плоскость заземления могут рассматриваться как эталонная плоскость.

В10. Могут ли тестовые точки, созданные с помощью автоматизации на печатных платах высокой плотности, соответствовать требованиям тестирования массового производства?

О10:Все зависит от того, соответствуют ли положения о контрольных точках требованиям, предъявляемым к испытательным машинам. Кроме того, если трассировка выполняется слишком плотно, а требования к контрольным точкам очень строгие, может не оказаться возможности поставить контрольные точки на каждом сегменте линии. Конечно, ручные методы можно использовать для дополнения контрольных точек.

Q11:Может ли добавление контрольной точки повлиять на качество высокоскоростных сигналов?

A11:Все зависит от случая, метода добавления контрольных точек и скорости передачи сигналов. В основном, добавление контрольных точек получается путем добавления их к линиям или вытягивания сегмента. Оба метода могут в большей или меньшей степени влиять на высокоскоростные сигналы, и степень эффекта связана со скоростью частоты и частотой фронтов сигналов.

В12:Когда в систему подключены несколько печатных плат, как должны быть подключены линии заземления каждой печатной платы?

A12:На основании закона тока Кирхгофа, когда мощность или сигналы передаются с платы A на плату B, эквивалентная величина тока будет возвращаться на плату A с заземляющего слоя, а ток на заземляющем слое будет течь обратно по пути, где полное сопротивление нижайший. Следовательно, количество выводов, вносимых в заземляющий слой, никогда не должно быть слишком маленьким на каждом интерфейсе питания или соединения сигналов, чтобы можно было уменьшить как импеданс, так и шум на земле. Кроме того, необходимо проанализировать всю токовую петлю, особенно ту ее часть, где ток является наибольшим, и следует отрегулировать соединение заземления или линий заземления, чтобы контролировать ток и уменьшить влияние на другие чувствительные сигналы.

Q13:Можно ли добавить линии заземления в середину дифференциальных сигнальных линий?

A13:В принципе, линии заземления не могут быть добавлены к дифференциальным сигнальным линиям, потому что самое большое значение принципа дифференциальных сигнальных линий заключается в преимуществе, обусловленном взаимной связью между дифференциальными сигнальными линиями, такими как подавление потока, помехоустойчивость и т. д. Эффект связи будет разрушен, если среди них добавляются наземные линии.

Q14:Каков принцип подбора подходящей печатной платы и точки заземления крышки?

A14:Принцип заключается в использовании заземления корпуса для обеспечения пути обратного тока с низким импедансом и управления путем этого обратного тока. Например, винт обычно можно использовать рядом с высокочастотным компонентом или тактовым генератором для соединения заземляющего слоя печатной платы с заземлением корпуса, чтобы максимально уменьшить площадь всей токовой петли, то есть уменьшить электромагнитные помехи.

Q15:С чего начать отладку печатной платы?

A15:Что касается цифровой схемы, необходимо выполнить следующие действия по порядку. Во-первых, все значения мощности должны быть подтверждены, чтобы в среднем соответствовать проектным требованиям. Во-вторых, необходимо убедиться, что все частоты тактового сигнала работают нормально, и нет проблемы немонотонности на границе. В-третьих, сигналы сброса должны быть подтверждены для выполнения стандартных требований. Если все вышеперечисленное подтвердилось, чип должен посылать сигналы в первом цикле. Затем будет выполняться отладка на основе системного протокола и протокола шины.

Q16:Как лучше всего спроектировать высокоскоростную печатную плату высокой плотности с фиксированной площадью платы?

A16:В процессе проектирования высокоскоростных и высокоплотных печатных плат особое внимание следует уделить перекрестным помехам, поскольку они сильно влияют на синхронизацию и целостность сигнала. Приведены некоторые конструктивные решения. Во-первых, необходимо контролировать непрерывность и соответствие импеданса характеристики маршрутизации. Во-вторых, следует обращать внимание на интервалы, а интервалы обычно равны удвоенной ширине строки. В-третьих, должны быть подобраны надлежащие методы завершения. В-четвертых, маршрутизация в соседних слоях должна быть реализована в разных направлениях. В-пятых, можно использовать глухие/скрытые переходные отверстия для увеличения площади трассировки. Кроме того, необходимо поддерживать дифференциальное и синфазное согласование, чтобы уменьшить влияние на синхронизацию и целостность сигнала.

Q17:LC-схема обычно применяется для фильтрации волны при аналоговой мощности. Почему LC иногда работает лучше, чем RC?

A17:Сравнение между LC и RC должно основываться на предположении, правильно ли выбраны полоса частот и индуктивность. Поскольку реактивное сопротивление индуктивности коррелирует с индуктивностью и частотой, если частота шума мощности слишком низкая, а индуктивность недостаточно высока, LC работает хуже, чем RC. Однако один из недостатков RC заключается в том, что сам резистор будет потреблять энергию с низким КПД.

Вопрос 18. Каков оптимальный способ соблюдения требований ЭМС без снижения затрат?

A18:Плата печатной платы имеет более высокую стоимость из-за электромагнитной совместимости, поскольку количество слоев увеличивается для усиления экранирующего напряжения, а некоторые компоненты, такие как ферритовый валик или дроссель, используются для подавления высокочастотных компонентов гармонических волн. Кроме того, в других системах следует использовать другую защитную конструкцию, чтобы соответствовать требованиям ЭМС. Во-первых, следует применять как можно больше компонентов с низкой скоростью нарастания, чтобы уменьшить высокочастотные части, генерируемые сигналами. Во-вторых, высокочастотные компоненты никогда не должны располагаться слишком близко к внешним разъемам. В-третьих, согласование импеданса, слой маршрутизации и путь обратного тока высокоскоростных сигналов должны быть тщательно спроектированы, чтобы уменьшить высокочастотное отражение и излучение. В-четвертых, достаточное количество развязывающих конденсаторов должно быть размещено на выводах питания, чтобы уменьшить шум на уровне питания и заземления. В-пятых, заземление рядом с внешним разъемом можно отрезать от плоскости заземления, а заземление разъема должно быть рядом с заземлением корпуса.

Q19:Если на печатной плате имеется несколько цифровых/аналоговых модулей, обычным решением является разделение цифровых/аналоговых модулей. Почему?

A19:Причина разделения цифровых и аналоговых модулей заключается в том, что шум обычно генерируется при питании и заземлении при переключении высокого и низкого потенциала, а степень шума связана со скоростью сигнала и величиной тока. Если аналоговые и цифровые модули не разделены, а шум, создаваемый цифровым модулем, больше, а цепи в аналоговой области аналогичны, даже если аналоговые и цифровые сигналы не пересекаются, аналоговые сигналы все равно будут подвержены шуму.

Q20:Когда дело доходит до проектирования быстродействующих печатных плат, как реализовать согласование импедансов?

A20:При проектировании высокоскоростных печатных плат согласование импедансов является одним из основных соображений. Импеданс имеет абсолютную зависимость от маршрутизации. Например, характеристическое сопротивление определяется парой элементов, включая расстояние между микрополосковым или полосковым/двойным полосковым слоем и эталонным слоем, ширину трассировки, материал печатной платы и т. д. Другими словами, характеристическое сопротивление невозможно определить до трассировки. Важным решением этой проблемы является максимальное предотвращение скачков импеданса.

Q21:Какие меры необходимо принять в процессе проектирования высокоскоростной печатной платы с учетом электромагнитной совместимости/электромагнитных помех?

A21:Вообще говоря, при проектировании EMI/EMC следует учитывать как излучаемые, так и кондуктивные аспекты. Первый относится к части, частота которой выше (более 30 МГц), а второй — к части, частота которой ниже (менее 30 МГц). Поэтому следует обращать внимание как на высокочастотную, так и на низкочастотную часть. Хороший проект EMI / EMC должен начинаться с размещения компонентов, компоновки печатных плат, разводки, выбора компонентов и т. Д. Если эти аспекты не будут учтены, стоимость может возрасти. Например, тактовый генератор не должен находиться максимально близко к внешнему разъему. Кроме того, точки соединения должны быть правильно выбраны между печатной платой и шасси.

Q22:Что такое топология маршрутизации?

A22. Топология маршрутизации, также называемая порядком маршрутизации, относится к порядку маршрутизации с точки зрения сети с несколькими терминаторами.

Q23:Как следует настроить топологию маршрутизации для повышения целостности сигнала?

A23:Этот тип сетевых сигналов настолько сложен, что топология различается в зависимости от разных направлений, разных уровней, разных видов сигналов. Поэтому трудно судить, какой тип сигналов лучше влияет на качество сигнала.

Q24:В чем причина медного покрытия?

A24:Обычно есть несколько причин медного покрытия. Во-первых, массивное заземляющее или силовое медное покрытие будет иметь экранирующее действие, а роль защиты может выполнять какое-либо специальное заземление, например ПГНД. Во-вторых, чтобы обеспечить высокую производительность гальванического покрытия или предотвратить деформацию ламинирования, медь должна быть нанесена на печатную плату с меньшим количеством маршрутов. В-третьих, медное покрытие обусловлено требованием целостности сигнала. Должен быть обеспечен полный обратный путь для высокочастотных цифровых сигналов, а маршрутизация сети постоянного тока должна быть уменьшена. Кроме того, необходимо учитывать рассеивание тепла.

Q25:Что такое обратный ток?

A25:При передаче высокоскоростных цифровых сигналов сигналы передаются от драйверов к несущей по линии передачи печатной платы, а затем возвращаются к терминалу драйвера по кратчайшему пути через землю или питание. Обратные сигналы на землю или питание называются обратным током.

Q26:Сколько существует типов терминалов?

A26:Терминал, также называемый сопоставлением, обычно классифицируется как сопоставление источника и сопоставление терминала. Первое относится к последовательному согласованию резисторов, а второе относится к параллельному согласованию. Доступно множество методов, в том числе подтягивающий резистор, подтягивающий резистор, согласование Давенана, согласование по переменному току, согласование с диодом Шоттки и т. д.

Q27:Какие элементы могут определять соответствующие типы?

A27:Тип сопоставления обычно определяется характеристиками БУФЕРА, топологией, классификацией уровней и типом суждения. Кроме того, необходимо учитывать рабочий цикл сигнала и энергопотребление системы.

Q28:Какую проверку следует провести на печатной плате, прежде чем она будет выпущена заводом-изготовителем?

A28:Большинство производителей печатных плат проводят тестирование печатных плат перед отправкой с завода, чтобы убедиться, что все цепи правильно подключены. До сих пор некоторые продвинутые производители проводят рентгенографию для выявления препятствий на пути травления или ламинирования. Когда речь идет о продуктах, проходящих SMT-сборку, обычно применяется ICT, что требует установки контрольных точек ICT на этапе проектирования печатной платы. При возникновении проблем также может быть использован специальный вид рентгенологического контроля.

Q29:Для схемы, состоящей из пары печатных плат, должны ли они иметь одну и ту же землю?

A29:Цепь, состоящая из пары печатных плат, обычно должна иметь одну и ту же землю, потому что нецелесообразно подавать пару источников питания в одну цепь. Конечно, если позволяют условия, можно использовать и другие способности. В конце концов, это поможет уменьшить помехи.

Q30:Как должен учитываться электростатический разряд в системе, содержащей DSP и PLD?

A30:Что касается обычных систем, то в первую очередь следует рассматривать части, непосредственно контактирующие с человеком, и следует обеспечить надлежащую защиту цепей и конструкций. Степень влияния электростатического разряда на систему обычно определяется в зависимости от различных ситуаций. В сухой среде электростатический разряд ухудшится, особенно в более чувствительной системе. Несмотря на то, что более крупная система оказывает неочевидное влияние на электростатический разряд, следует также уделять больше внимания.

В31. Если речь идет о четырехслойной печатной плате, на какую сторону следует нанести медное покрытие с обеих сторон?

A31:При медном покрытии следует учитывать следующие аспекты:экранирование, рассеивание тепла, армирование и требования к производству печатных плат. Поэтому следует рассмотреть основную причину. Например, при проектировании высокоскоростных печатных плат больше всего следует учитывать экранирование. Поверхностное заземление выгодно с точки зрения ЭМС, а медное покрытие должно быть полностью выполнено в случае изолированного острова. Вообще говоря, если компоненты на поверхности получают слишком большую разводку, будет трудно сохранить медную фольгу целой. Поэтому рекомендуется, чтобы платы с большим количеством поверхностных компонентов или большим количеством разводки не покрывались медью.

Q32:В процессе маршрутизации часов необходимо добавить заземляющий экран с обеих сторон?

A32:Это зависит от перекрестных помех или электромагнитных помех платы. Если экранирующие линии заземления не обработаны должным образом, это, наоборот, приведет к плохим последствиям.

Q33:Какова стратегия маршрутизации часов для сигналов на разных частотах?

A33:Что касается маршрутизации линий синхронизации, то сначала следует провести анализ целостности сигнала и изменить принципы маршрутизации. Затем пришло время реализовать маршрутизацию на основе принципов.

Полезные ресурсы
• Как проектировать высококачественные печатные платы
• Основные правила проектирования печатных плат, которые необходимо знать
• Наиболее часто встречающиеся проблемы при проектировании печатных плат
• Возможные проблемы и решения в процессе проектирования печатных плат
• Элементы конструкции печатных плат влияют на производство поверхностного монтажа