Cal seguir normes estrictes quan es dissenyen projectes de PCB d'alta velocitat. El disseny de PCB d'alta velocitat té problemes especials que poden afectar el funcionament de la placa de circuit. Molts enginyers tenen problemes amb la integritat del senyal, el soroll i per assegurar-se que la placa funcioni correctament.
Les enquestes del sector indiquen que us podríeu enfrontar a:
Problemes d'integritat del senyal
La necessitat d'una producció i un muntatge avançats
Una demanda d'habilitats especials
Un disseny acurat de la PCB i l'ús de les regles correctes us ajuden a solucionar aquests problemes i a fer dissenys estables.
Sortides de claus
Controleu la impedància per mantenir els senyals clars. Utilitzeu l'amplada de traça i els materials adequats perquè els senyals no rebotin.
Feu traçats curts i rectes. Això redueix els errors i manté els senyals forts en dissenys d'alta velocitat.
Feu servir plans de referència sòlids per ajudar a retornar els senyals. Això redueix el soroll i fa que la placa funcioni millor.
Planifica amb cura on col·locaràs les peces. Col·loca primer les peces d'alta velocitat per reduir el soroll i evitar la pèrdua de senyal.
No cometis errors com oblidar els camins de retorn o no comprovar què pot fer el creador. Aquests errors poden causar grans problemes en el teu disseny.
Fonaments del disseny de PCB d'alta velocitat
Pautes d'impedància controlada
Heu de controlar la impedància en projectes de PCB d'alta velocitat. L'adaptació d'impedància manté els senyals clars i atura les reflexions. Si no adapteu la impedància, els senyals poden rebotar. Això pot provocar errors. És possible que el vostre circuit no funcioni o actuï de manera estranya. Podeu controlar la impedància canviant l'amplada de la pista, l'apilament i els materials. La majoria de dissenys de PCB d'alta velocitat utilitzen una impedància de 50 ohms per a les línies de senyal.
Consell: Comproveu sempre quins senyals necessiten una impedància controlada. Els senyals com ara RF, USB i HDMI sovint ho necessiten.
Per obtenir una impedància controlada, feu el següent:
Esbrineu quins senyals necessiten una impedància controlada.
Planifiqueu l'apilament de la vostra placa de circuits impresos amb els materials i l'ordre adequats.
Estableix l'amplada i l'espaiat de la traça per a la teva impedància objectiu.
Mantingueu els traços curts i no feu revolts pronunciats.
Utilitzeu un pla de referència sòlid sota traces d'alta velocitat.
Prova la teva placa amb eines com ara TDR per comprovar la impedància.
Importància dels plans de referència
Els plans de referència sòlids són molt importants per als dissenys de PCB d'alta velocitat. Donen als senyals un camí de retorn estable. Això ajuda a mantenir una bona integritat del senyal . Un bon pla de terra redueix el soroll i bloqueja els senyals no desitjats. No dividiu els plans de terra sota traces d'alta velocitat.
Plans de referència sòlids:
Doneu una referència elèctrica estable.
Feu que els bucles de corrent siguin més petits.
Menor soroll.
Millorar els senyals d'alta freqüència.
Estudiar fitxes tècniques de CI
Hauries de llegir les fitxes tècniques dels circuits integrats abans de començar el disseny. Les fitxes tècniques t'indiquen què necessita cada xip per al disseny de circuits impresos d'alta velocitat. Mostren el voltatge, els models de senyal i les necessitats d'energia correctes. Això t'ajuda a seguir les regles correctes per a cada peça.
característica | Descripció |
|---|---|
Paràmetres S/Touchstone® | Estudiar com actuen els senyals a altes freqüències. |
Model IBIS amb coneixement d'energia | Comproveu quina potència necessiten els vostres circuits integrats. |
Suport del model VRM | Assegureu-vos que l'energia es mantingui estable. |
Quan segueixes aquests conceptes bàsics, construeixes una base sòlida per a la teva placa de circuit imprès d'alta velocitat. Evites errors comuns i fas que el teu disseny funcioni millor.
Elements essencials del routing de PCB d'alta velocitat
Traces curtes i rectes
En l'encaminament de PCB d'alta velocitat, cal mantenir les pistes curtes i rectes. Les pistes curtes ajuden a que els senyals viatgin més ràpidament i redueixen la possibilitat d'errors. Les rutes rectes redueixen el risc de reflexions i mantenen els senyals nets. Segueix aquests passos per millorar el disseny:
Encaminar senyals d'alta velocitat sobre un pla de terra sòlid.
Eviteu els punts calents col·locant vies en una quadrícula.
Mantingueu els corbs del traçat a 135° en comptes de 90° per evitar angles aguts.
Augmenteu l'espai entre les traces per minimitzar la diafonia.
Feu servir l'encaminament en cadena per evitar traces de fils llargues.
No col·loqueu components ni vies entre parells diferencials.
Feu coincidir les longituds de les traces per evitar asimetries en parells diferencials.
No encamini mai senyals sobre plans dividits.
Plans de terra analògics i digitals separats.
Mantingueu l'amplada del traç coincidint amb la mida de cada component.
Consell: Mantenir les traces curtes i rectes ajuda a mantenir la integritat del senyal a la placa de circuit imprès d'alta velocitat.
Corbes de traça de 135° vs. 90°
Hauries d'utilitzar corbes de 135° en comptes de corbes de 90° en el cablejat de PCB d'alta velocitat. Les corbes pronunciades de 90° poden causar reflexions i pèrdua de senyal. Les corbes suaus de 135° mantenen la ruta del senyal suau i redueixen el risc d'interferències. Quan encamineu senyals d'alta velocitat, trieu sempre angles més amplis per obtenir un millor rendiment.
Evitar la diafonia
Cal minimitzar la diafonia per mantenir els senyals clars. La diafonia es produeix quan els senyals interfereixen entre si. Podeu seguir aquests consells per minimitzar la diafonia:
Encaminar senyals digitals sobre un pla de terra continu.
Mantingueu almenys tres vegades l'amplada de traça entre les traces de senyal d'alta velocitat.
Utilitzeu plans de terra entre les capes per protegir els senyals.
Eviteu un enrutament paral·lel llarg i inseriu traces de terra entre elles.
Col·loqueu condensadors de desacoblament a prop dels pins d'alimentació per reduir el soroll.
Assegureu-vos que les vies de retorn estiguin clares per minimitzar els bucles de soroll.
Nota: Un espaiament i uns plans de terra adequats us ajuden a minimitzar la diafonia i a mantenir els senyals fiables.
Encaminament de senyals d'alta velocitat a prop de seccions d'energia
Heu d'evitar encaminar senyals d'alta velocitat a prop de seccions de potència. Col·locar senyals a prop de pistes de potència pot causar diafonia i reflexions. Els buits en els plans de potència poden empitjorar la integritat del senyal. Si els senyals d'alta velocitat interactuen amb les seccions de potència, podeu veure límits d'amplada de banda i un rendiment deficient. Mantingueu sempre els senyals d'alta velocitat allunyats de zones de potència sorolloses per protegir el vostre disseny.
Coincidència de parells diferencials i longituds
Simetria en parells diferencials
És important mantenir la simetria quan es fan traces de parells diferencials. Quan el disseny és simètric, els dos senyals es mouen a la mateixa velocitat. Això ajuda a evitar el biaix i manté els senyals clars. Un apilament simètric ajuda a col·locar els plans de terra i d'alimentació en bons llocs. Aquests plans protegeixen els senyals diferencials d'alta velocitat del soroll exterior. També s'obté una millor distribució de l'energia perquè els plans aparellats creen camins de baixa inductància. Això fa que els circuits d'alta velocitat funcionin millor i es mantinguin estables.
Consell: Mantenir la simetria en les traces de parells diferencials ajuda a aturar la diafonia i manté els senyals uniformes.
Senyals d'alta velocitat de coincidència de longitud
Heu de fer coincidir la longitud dels senyals d'alta velocitat en parells diferencials. Si un rastre és més llarg, els senyals no arribaran junts. Això pot causar errors i empitjorar el funcionament. Heu de seguir aquestes regles per encaminar parells diferencials:
Regla | Descripció |
|---|---|
Tolerància a la impedància | Estableix la impedància correcta per a parells diferencials segons l'estàndard. |
Longitud màxima desacoblada | Mantingueu els dos costats d'un parell diferencial a prop per aturar els canvis d'impedància. |
Coincidència de longitud | Assegureu-vos que els senyals arribin al receptor al mateix temps, especialment en el cas dels senyals ràpids. |
Longitud màxima de la xarxa | No supereu la longitud màxima per als senyals diferencials establerta per l'estàndard. |
La rapidesa amb què es mouen i es biaixen els senyals depèn de la freqüència del senyal.
El receptor només pot gestionar una certa quantitat de biaix.
Intenta mantenir el biaix per sota del 5% del temps de bit, però mai més del 20% del període de rellotge.
Per a senyals més ràpids que 1 GHz, els desajustos han de ser inferiors a 1 polzada.
La longitud elèctrica és més important que la longitud física a causa dels canvis dielèctrics.
Espaiat de traça consistent
Sempre heu de mantenir el mateix espai entre les pistes de parells diferencials. Això manté la impedància diferencial estable. Si canvieu l'espaiat, podeu obtenir desajustos d'impedància. Aquests desajustos provoquen reflexions i debiliten els senyals diferencials. Per a senyals d'alta velocitat com l'USB 2.0, heu de mantenir una determinada impedància diferencial, com ara 90 ohms. Tant l'amplada de la pista com l'espaiat canvien aquest valor. Encaminar parells diferencials amb el mateix espaiat us ajuda a aturar la pèrdua de senyal i manté el vostre disseny funcionant bé. També necessiteu camins de retorn controlats per mantenir els senyals diferencials nets.
Mantingueu el mateix espaiament al llarg de tot el parell diferencial.
Seguiu les regles per a la discrepància de longitud màxima per evitar problemes d'EMI.
Feu servir un bon encaminament de parells diferencials per mantenir la qualitat del senyal.
Gestió de vies i apilament de capes
Patró de quadrícula per a vies
Podeu posar vies en una graella a la vostra placa de circuit imprès (PCB). Això facilita la connexió de les coses. Una graella us ajuda a mantenir la placa ordenada. També evita que les peces s'amunteguin massa. Quan utilitzeu una graella, podeu planificar on va cada via. Això us ajuda a mantenir els camins del senyal curts i directes. Heu de comprovar que la vostra graella no bloquegi les traces importants. Intenteu no fer espais ajustats. Una bona graella ajuda a que els senyals es moguin bé. També fa que la vostra placa sigui més fàcil de construir.
Consell: Col·loca les vies en una quadrícula per mantenir la PCB ordenada i facilitar la resolució de problemes més endavant.
Minimitzar el recompte de vies
Intenta utilitzar el mínim de vies possible en dissenys de PCB d'alta velocitat. Cada via afegeix inductància i pot canviar la impedància. Aquests canvis poden perjudicar la qualitat del senyal. Si utilitzeu menys vies, reduïu el risc de reflexions i problemes de senyal. Menys vies ajuden a que els senyals es moguin suaument per la placa. Això manté els senyals forts i el disseny funciona millor.
Nota: L'ús de menys vies ajuda a que els senyals viatgin millor i redueix la possibilitat d'errors en circuits d'alta velocitat.
Planificació de l'apilament de capes
Cal planificar l'apilament de capes amb cura per a les plaques de circuit imprès d'alta velocitat. L'apilament canvia com es mouen els senyals i quant de soroll rep la placa. Penseu en la mida de la placa, quants cables necessiteu i quantes connexions teniu. També heu de pensar en la potència i com organitzeu les capes.
Factor | Descripció |
|---|---|
integritat | Assegura que els senyals arribin on haurien de ser sense problemes. |
Noise | Mostra quanta interferència pot alterar les dades. |
Mida del tauler i nombre net | T'indica la mida de la placa i quants cables necessites. |
Densitat d'enrutament | Canvia quantes capes de senyal necessiteu si l'espai és ajustat. |
Nombre d'interfícies | Afecta la manera com encamineu els senyals per mantenir la impedància igual. |
Senyals de baixa velocitat i RF | Vol dir que potser necessiteu més capes per a aquests senyals. |
Integritat del poder | Utilitza plans d'alimentació i de terra per mantenir l'energia estable. |
Disposició de capes | Ajuda a mantenir els senyals forts i evita problemes en la fabricació del tauler. |
Regles de disseny | Evita problemes durant la construcció i ajuda a que el tauler funcioni bé a alta velocitat. |
Aquí teniu alguns consells per a una millor planificació de l'apilament:
Mantingueu el gruix de la capa i el material iguals a banda i banda per evitar que es dobleguin.
Utilitzeu almenys dues capes cadascuna per a l'alimentació i la terra per a una baixa impedància.
Mantingueu l'espai entre les capes igual per mantenir la impedància estable.
No encamineu senyals d'alta velocitat per plans dividits per aturar les EMI.
Intenta utilitzar menys vies per a senyals d'alta velocitat.
Recordeu: una bona planificació de l'apilament us ajuda a evitar problemes de senyal i manté la vostra PCB funcionant correctament.
Integritat i desacoblament de l'energia
Plans de potència i terra sòlids
Sempre s'ha d'utilitzar un pla de terra sòlid en dissenys de PCB d'alta velocitat. Aquesta capa ajuda els senyals diferencials a trobar un bon camí de tornada. Manté els senyals forts i clars. Un pla de terra sòlid també protegeix les traces del soroll exterior. Millora la integritat de l'alimentació aturant les caigudes de voltatge i els pics de soroll.
Un pla de terra sòlid et dóna moltes coses bones:
La integritat del senyal millora. El pla de terra retorna els senyals de manera constant, de manera que les dades es mantenen netes.
La interferència electromagnètica disminueix. El pla de terra actua com un escut i bloqueja els senyals dolents.
La gestió tèrmica millora. El pla de terra distribueix la calor, de manera que la placa dura més.
La impedància és més baixa. La xarxa de subministrament d'energia funciona millor amb un pla de terra sòlid, de manera que la placa gestiona canvis ràpids de corrent.
Hauries de mantenir un pla de terra sòlid sota traces d'alta velocitat i diferencials. Això proporciona als senyals una bona ruta de retorn i manté el teu disseny funcionant correctament.
Col·locació del condensador de desacoblament
Cal col·locar els condensadors de desacoblament al lloc correcte per mantenir alta la integritat de l'alimentació. Aquestes petites peces ajuden a aturar les caigudes de tensió i el soroll. Segueix aquests passos per obtenir els millors resultats:
Col·loca les vies del condensador tan a prop com puguis dels pins d'alimentació i de terra del circuit integrat. Això proporciona als senyals una bona ruta de retorn.
Connecteu el condensador al pin del circuit integrat que estigui més allunyat del pla d'alimentació o de terra.
Utilitzeu parells de vies amb polaritat oposada per reduir la impedància.
Munteu els condensadors al mateix costat de la placa que el circuit integrat i manteniu-los molt a prop dels pins.
No col·loqueu traces entre els coixinets del condensador i les vies.
Feu servir condensadors grans per a soroll de baixa freqüència i petits per a soroll d'alta freqüència.
Mantingueu sempre els condensadors petits a prop del circuit integrat.
No utilitzeu mai vies entre el condensador i el circuit integrat si es troben a costats diferents de la placa.
No feu passar pistes pels condensadors de desacoblament.
Consell: Un bon desacoblament manté els senyals nets i la placa estable, fins i tot quan la potència canvia ràpidament.
Col·locació de components per a PCB d'alta velocitat
Col·loca primer els components d'alta velocitat
Hauries de pensar on col·locar els components d'alta velocitat abans de dibuixar traces. Una bona col·locació t'ajuda a controlar on van els senyals. Això manté la placa funcionant bé. Si poses aquestes peces primer, pots aturar el soroll i la pèrdua de senyal. Cal seguir un pla clar per al teu disseny. Aquí tens alguns passos que pots seguir:
Fes un plànol de planta per a la teva placa de circuit imprès. Ajunta peces similars al principi del disseny.
Organitza grups com ara d'alimentació, RF, digital i analògic. Això evita que els senyals es creuin entre si.
Mantingueu els dispositius sensibles d'alta velocitat allunyats de la vora de la placa. Això ajuda a reduir les interferències electromagnètiques (EMI).
Assegureu-vos que les parts calentes rebin prou aire. Col·loqueu-les on l'aire pugui circular al seu voltant.
Col·loqueu resistències de terminació a prop dels ports que necessiten adaptació d'impedància.
Agrupa les peces per bloc de circuit, al voltant de processadors grans i a prop de les rutes d'encaminament.
Consell: Planificar amb antelació estalvia temps i ajuda a evitar errors més endavant.
Si seguiu aquests passos, l'encaminament es farà més fàcil i els senyals es mantindran forts. La placa també es mantindrà més fresca i funcionarà durant més temps.
Aïllar les seccions sensibles i sorolloses
Heu de mantenir separades les seccions sensibles i sorolloses de la vostra placa de circuit imprès. Si les barregeu, podeu tenir problemes de diafonia i senyal. Podeu utilitzar diferents maneres de mantenir aquestes zones separades:
Feu servir filtres EMI, com ara els filtres pi, a les entrades i sortides del circuit. Aquests filtres bloquegen el soroll d'alta freqüència.
Cobriu les zones sensibles amb plans de terra o blindatges metàl·lics. Els blindatges eviten que els senyals no desitjats arribin a parts importants.
Velocitats de commutació i de variació més baixes. Això redueix les EMI que produeix la placa.
Mantingueu les seccions analògiques i digitals separades. L'espai entre elles ajuda a evitar que el soroll es mogui.
Col·loca els condensadors de desacoblament a prop dels pins d'alimentació del circuit integrat. Aquestes peces filtren el soroll d'alta freqüència.
Encamina els senyals lluny de les fonts de soroll. Utilitza un encaminament perpendicular per mantenir les traces allunyades dels camins d'alt corrent.
Nota: Mantenir separades les seccions sorolloses i sensibles ajuda a mantenir els senyals nets i a que la placa funcioni bé.
Si feu servir aquests mètodes, protegiu els senyals d'alta velocitat i feu que el disseny de la vostra PCB sigui més resistent.
Errors comuns en el disseny de PCB d'alta velocitat
Control d'impedància amb vistes
Algunes persones pensen que només els experts han de fer coincidir la impedància. Però és una regla molt important per als projectes de PCB d'alta velocitat. Si no controleu la impedància, el vostre circuit pot actuar de maneres estranyes. Podeu veure errors de bit i problemes d'EMI . Quan la impedància no coincideix, els senyals poden rebotar. Això fa que perdeu dades i la vostra placa funcioni malament. Penseu en il·luminar un mirall amb un forat petit amb una llanterna. La major part de la llum rebota i només en passa una mica. Això és similar al que passa quan la impedància del rastre no coincideix amb el transmissor i el receptor. Part del senyal rebota i crea una ona estacionària. Aquesta ona pot alterar les vostres dades.
Problemes derivats d'un mal control d'impedància:
Els circuits actuen de maneres inesperades
Les dades poden tenir errors de bits
Problemes d'EMI i retards en el projecte
Sempre heu de comprovar la impedància de les traces, especialment per a senyals diferencials. L'ús de les regles correctes ajuda a mantenir els senyals forts.
Negligir els camins de retorn
Cal vigilar els camins de retorn en el disseny de PCB d'alta velocitat. A altes freqüències, el corrent de retorn pren el camí amb la menor impedància. Si no pot trobar un bon camí, es dispersa. Això pot causar radiació i diafonia. Aquests problemes poden perjudicar els senyals i fer que la placa falli les proves. Un pla de terra sòlid proporciona als senyals diferencials un camí de retorn constant. Si hi ha buits o esquerdes a terra, el corrent ha d'anar al seu voltant. Això empitjora les emissions electromagnètiques.
evidència | Descripció |
|---|---|
Una bona connexió a terra és important | El corrent va des de la font d'alimentació, a través de les peces i torna a través del pla de terra. |
Retorna la ruta actual | A altes freqüències, el corrent pren el camí amb la menor impedància, per la qual cosa cal una bona connexió a terra. |
Terra sòlida de PCB | Els espais en blanc a la capa terrestre provoquen més emissions i un rendiment més baix. |
Sempre heu de planificar camins de retorn forts, especialment per a senyals diferencials.
Ignorant les capacitats del fabricant
Potser creeu un disseny de PCB d'alta velocitat fantàstic. Però si no penseu en què pot fer el vostre fabricant, és possible que la vostra placa no funcioni correctament. El disseny per a la fabricació (DFM) significa que seguiu les normes que us dóna el fabricant. Hauríeu de parlar amb el fabricant i l'assemblador al principi del projecte. Comproveu què poden fer i feu preguntes si cal. Això us ajuda a evitar errors i manté el disseny de la vostra PCB d'alta velocitat funcionant bé.
Consells per treballar amb fabricants:
Trieu el vostre fabricant i muntador amb antelació
Comproveu què poden fer
Seguiu les regles DFM per a senyals diferencials i apilament
Si recordeu aquests errors comuns , podeu evitar problemes i fer millors dissenys de PCB d'alta velocitat.
Milloraràs els teus projectes de PCB d'alta velocitat seguint aquestes regles. Si controles la impedància i tries bons materials, els teus senyals es mantenen forts. Una llista de comprovació t'ajuda a no oblidar els passos i facilita la construcció. Pots llegir guies o fer classes per aprendre més sobre el disseny de PCB d'alta velocitat. Si et centres en els detalls i aprens coses noves, construiràs plaques que funcionen bé.
FAQ
Què és la impedància controlada en el disseny de PCB?
La impedància controlada significa que definiu l'amplada i l'espaiat de la traça perquè els senyals viatgin sense distorsió. Utilitzeu materials i apilaments especials. Això manté els vostres senyals d'alta velocitat clars i fiables.
Per què s'han d'evitar els revolts de traça de 90°?
Heu d'evitar els corbes de 90° perquè les cantonades afilades poden causar reflexions i pèrdues de senyal. Feu servir corbes de 135° per obtenir trajectòries més suaus.
Consell: Les corbes suaus ajuden a mantenir els senyals forts.
Com es redueix la diafonia entre traces?
Mantingueu les traces allunyades i utilitzeu plans de terra.
Encamina els senyals amb almenys tres vegades l'amplada de traça entre ells.
Col·loqueu traces de terra entre senyals sorollosos.
On s'han de col·locar els condensadors de desacoblament?
Col·loqueu condensadors de desacoblament a prop dels pins d'alimentació del circuit integrat. Això ajuda a bloquejar el soroll i manté el voltatge estable.
Nota: Mantingueu sempre els condensadors petits a prop del xip per obtenir els millors resultats.
Què passa si ignores les capacitats del fabricant?
Podeu dissenyar una placa que no es pugui construir. Consulteu sempre amb el fabricant sobre l'amplada de la traça, l'espaiat i les opcions d'apilament.
comprovar | Per què |
|---|---|
Amplada de la traça | Assegura el funcionament dels senyals |
Apilament | Manté la impedància correcta |
