Під час проектування високошвидкісних друкованих плат необхідно дотримуватися суворих правил. Проектування високошвидкісних друкованих плат має особливі проблеми, які можуть вплинути на роботу вашої друкованої плати. Багато інженерів мають проблеми з цілісністю сигналу, шумом та забезпеченням належної роботи плати.
Галузеві опитування показують, що ви можете зіткнутися з:
Проблеми цілісності сигналу
Потреба в передовому виробництві та складанні
Вимога до спеціальних навичок
Ретельне компонування друкованої плати та використання правильних правил допоможуть вам вирішити ці проблеми та створити стабільні конструкції.
Ключові винесення
Контролюйте імпеданс, щоб сигнали були чіткими. Використовуйте правильну ширину доріжок та матеріали, щоб сигнали не відскакували назад.
Робіть траєкторії короткими та прямими. Це зменшує кількість помилок та забезпечує високу стійкість сигналів у високошвидкісних конструкціях.
Використовуйте суцільні опорні площини, щоб допомогти сигналам повертатися. Це зменшує шум і покращує роботу плати.
Ретельно плануйте розміщення деталей. Розміщуйте високошвидкісні деталі першими, щоб зменшити шум і запобігти втраті сигналу.
Не робіть помилок, таких як забуття шляхів повернення або неперевірка того, що може зробити виробник. Ці помилки можуть спричинити великі проблеми у вашому дизайні.
Основи проектування високошвидкісних друкованих плат
Керівні принципи контрольованого імпедансу
У проектах високошвидкісних друкованих плат необхідно контролювати імпеданс. Узгодження імпедансу забезпечує чіткість сигналів і запобігає відбиттям. Якщо імпеданс не узгоджується, сигнали можуть відскакувати назад. Це може призвести до помилок. Ваша схема може не працювати або поводитися дивно. Ви можете контролювати імпеданс, змінюючи ширину доріжок, розташування елементів та матеріали. Більшість конструкцій високошвидкісних друкованих плат використовують імпеданс 50 Ом для сигнальних ліній.
Порада: Завжди перевіряйте, для яких сигналів потрібен контрольований імпеданс. Такі сигнали, як RF, USB та HDMI, часто потребують цього.
Щоб отримати контрольований імпеданс, виконайте такі дії:
З'ясуйте, які сигнали потребують контрольованого імпедансу.
Сплануйте розташування друкованих плат з правильних матеріалів та упорядкуйте їх.
Встановіть ширину та інтервал між трасами для цільового імпедансу.
Тримайте доріжки короткими та не робіть різких вигинів.
Використовуйте суцільну опорну площину під траєкторіями високої швидкості.
Перевірте свою плату за допомогою таких інструментів, як TDR, щоб перевірити імпеданс.
Важливість опорних площин
Суцільні опорні площини дуже важливі для високошвидкісних розводок друкованих плат. Вони забезпечують сигналам стабільний шлях повернення. Це допомагає підтримувати цілісність сигналу добре. Хороша заземлююча площина зменшує шум і блокує небажані сигнали. Не розділяйте заземлюючі площини під високошвидкісними доріжками.
Тверді опорні площини:
Забезпечте стабільне електричне опорне значення.
Зменшити розміри контурів струму.
Зниження рівня шуму.
Покращує передачу високочастотних сигналів.
Вивчіть технічні характеристики IC
Перш ніж розпочати макетування, слід ознайомитися з технічними характеристиками мікросхем. У технічних характеристиках зазначено, що потрібно кожному мікросхему для проектування високошвидкісних друкованих плат. Вони показують правильну напругу, моделі сигналів та потреби в живлення. Це допоможе вам дотримуватися правильних правил для кожної деталі.
особливість | Опис |
|---|---|
S-параметри/Touchstone® | Вивчіть, як сигнали діють на високих частотах. |
Модель IBIS з урахуванням потужності | Перевірте, яке живлення потрібно вашим мікросхемам. |
Підтримка моделі VRM | Переконайтеся, що живлення стабільне. |
Дотримуючись цих основ, ви створюєте міцну основу для вашої високошвидкісної друкованої плати. Ви уникаєте поширених помилок і покращуєте роботу свого проекту.
Основи високошвидкісної трасування друкованих плат
Короткі, прямі сліди
При високошвидкісному трасуванні друкованих плат слід дотримуватися коротких і прямих доріжок. Короткі доріжки допомагають сигналам поширюватися швидше та зменшують ймовірність помилок. Прямі шляхи знижують ризик відбиттів і зберігають сигнали чистими. Виконайте такі кроки, щоб покращити розводку:
Прокладайте високошвидкісні сигнали по твердій площині заземлення.
Уникайте гарячих точок, розміщуючи перехідні отвори в сітці.
Тримайте кути вигинів трасування під кутом 135° замість 90°, щоб уникнути гострих кутів.
Збільште відстань між доріжками, щоб мінімізувати перехресні перешкоди.
Використовуйте ланцюжок маршрутизації, щоб уникнути довгих тупикових трас.
Не розміщуйте компоненти або перехідні отвори між диференціальними парами.
Зіставте довжини трас, щоб уникнути перекосу в диференціальних парах.
Ніколи не направляйте сигнали через розділені площини.
Окремі аналогові та цифрові заземлюючі площини.
Ширина траєкторії має відповідати розміру кожного компонента.
Порада: Короткі та прямі доріжки допомагають підтримувати цілісність сигналу на вашій високошвидкісній друкованій платі.
Вигини траєкторії 135° проти 90°
При високошвидкісному трасуванні друкованих плат слід використовувати вигини 135° замість вигинів 90°. Різкі вигини 90° можуть спричинити відбиття та втрату сигналу. Помірні вигини 135° забезпечують плавність шляху сигналу та знижують ризик перешкод. Під час трасування високошвидкісних сигналів завжди вибирайте ширші кути для кращої продуктивності.
Уникнення перехресних перешкод
Вам потрібно мінімізувати перехресні перешкоди, щоб ваші сигнали були чіткими. Перехресні перешкоди виникають, коли сигнали перешкоджають один одному. Щоб мінімізувати перехресні перешкоди, ви можете дотримуватися цих порад:
Маршрутизуйте цифрові сигнали по безперервній площині заземлення.
Між трасами високошвидкісного сигналу має бути щонайменше втричі більша ширина трас.
Використовуйте заземлюючі площини між шарами для екранування сигналів.
Уникайте довгих паралельних прокладок та вставляйте заземлювальні доріжки між ними.
Розмістіть розділові конденсатори поблизу контактів живлення, щоб зменшити шум.
Переконайтеся, що зворотні шляхи вільні, щоб мінімізувати шумові петлі.
Примітка: Правильна відстань між поверхнями та площини заземлення допоможуть мінімізувати перехресні перешкоди та забезпечити надійність сигналів.
Маршрутизація високошвидкісних сигналів поблизу силових секцій
Слід уникати прокладання високошвидкісних сигналів поблизу силових секцій. Розміщення сигналів поблизу силових ліній може спричинити перехресні перешкоди та відбиття. Проміжки в силових площинах можуть погіршити цілісність сигналу. Якщо високошвидкісні сигнали взаємодіють із силовими секціями, ви можете зіткнутися з обмеженнями пропускної здатності та низькою продуктивністю. Завжди тримайте високошвидкісні сигнали подалі від шумних ділянок живлення, щоб захистити свою конструкцію.
Диференціальне парне та довжинне зіставлення
Симетрія в диференціальних парах
Важливо дотримуватися симетрії під час створення диференціальних парних доріжок. Коли розташування симетричне, обидва сигнали рухаються з однаковою швидкістю. Це допомагає запобігти перекісу та зберігає чіткість сигналів. Симетричне накладання допомагає розмістити площини заземлення та живлення у відповідних місцях. Ці площини захищають високошвидкісні диференціальні сигнали від зовнішнього шуму. Ви також отримуєте кращий розподіл потужності, оскільки парні площини створюють шляхи з низькою індуктивністю. Це покращує роботу ваших високошвидкісних схем та забезпечує їх стабільність.
Порада: Збереження симетрії в диференціальних парних доріжках допомагає запобігти перехресним перешкодам і забезпечує рівномірність сигналів.
Високошвидкісні сигнали з узгодженням довжини
Вам потрібно узгодити довжину високошвидкісних сигналів у диференціальних парах. Якщо одна траса довша, сигнали не досягнуть одне одного. Це може призвести до помилок та погіршити роботу. Для маршрутизації диференціальних пар слід дотримуватися таких правил:
Правило | Опис |
|---|---|
Допуск на опір | Встановіть правильний імпеданс для диференціальних пар на основі стандарту. |
Максимальна довжина в роз'єднаному стані | Тримайте обидві сторони диференціальної пари близько один до одного, щоб запобігти змінам імпедансу. |
Зіставлення довжини | Переконайтеся, що сигнали досягають приймача одночасно, особливо якщо це швидкі сигнали. |
Максимальна довжина мережі | Не перевищуйте максимальну довжину для диференціальних сигналів, встановлену стандартом. |
Швидкість руху та кочення сигналів залежить від частоти сигналу.
Приймач може обробляти лише певний рівень перекосу.
Намагайтеся, щоб асиметрія не перевищувала 5% часу розряду, але ніколи не перевищувала 20% періоду тактової частоти.
Для сигналів швидше за 1 ГГц розбіжності повинні бути менше 1 дюйма.
Електрична довжина важливіша за фізичну через діелектричні зміни.
Послідовний інтервал між трасами
Завжди слід підтримувати однакову відстань між диференціальними парами доріжок. Це підтримує стабільний диференціальний імпеданс. Якщо змінити відстань, можна отримати невідповідність імпедансу. Ці невідповідності викликають відбиття та послаблюють диференціальні сигнали. Для високошвидкісних сигналів, таких як USB 2.0, необхідно підтримувати певний диференціальний імпеданс, наприклад, 90 Ом. Як ширина доріжок, так і відстань між ними змінюють це значення. Маршрутизація диференціальних пар з однаковою відстанню допомагає запобігти втратам сигналу та забезпечує належну роботу вашої конструкції. Вам також потрібні контрольовані зворотні шляхи, щоб підтримувати чистоту диференціальних сигналів.
Зберігайте однакову відстань вздовж усієї диференціальної пари.
Дотримуйтесь правил щодо максимальної невідповідності довжини, щоб запобігти проблемам з електромагнітними перешкодами.
Використовуйте правильну маршрутизацію диференціальних пар для збереження якості сигналу.
Через управління та стекування шарів
Сітковий шаблон для переходних отворів
Ви можете розмістити перехідні отвори у вигляді сітки на вашій друкованій платі. Це полегшує з'єднання елементів. Сітка допомагає підтримувати плату в чистоті. Вона також запобігає переповненню деталей. Коли ви використовуєте сітку, ви можете спланувати, куди проходить кожен перехідний отвір. Це допомагає вам зробити шляхи сигналів короткими та прямими. Вам слід перевірити, чи ваша сітка не блокує важливі доріжки. Намагайтеся не створювати вузьких місць. Гарна сітка сприяє хорошому поширенню сигналів. Вона також полегшує складання плати.
Порада: Розмістіть перехідні отвори в сітці, щоб підтримувати порядок на друкованій платі та полегшити виправлення проблем пізніше.
Мінімізувати кількість переходів
Намагайтеся використовувати якомога менше перехідних отворів у високошвидкісних конструкціях друкованих плат. Кожен перехідний отвір додає індуктивність і може змінювати імпеданс. Ці зміни можуть погіршити якість сигналу. Якщо ви використовуєте менше перехідних отворів, ви знижуєте ризик відбиттів і проблем із сигналом. Менша кількість перехідних отворів допомагає сигналам плавно передавати сигнали по платі. Це забезпечує високу потужність сигналів і покращує роботу вашої конструкції.
Примітка: Використання меншої кількості перехідних отворів сприяє кращому передаванню сигналів та зменшує ймовірність помилок у високошвидкісних схемах.
Планування стекування шарів
Вам потрібно ретельно спланувати розташування шарів для високошвидкісних друкованих плат. Накладання шарів впливає на те, як передаються сигнали та скільки шуму отримує ваша плата. Подумайте про розмір вашої плати, скільки проводів вам потрібно та скільки у вас з'єднань. Вам також потрібно подумати про живлення та те, як ви розташовуєте шари.
Фактор | Опис |
|---|---|
Цілісність | Забезпечує безпроблемну передачу сигналів туди, куди потрібно. |
шум | Показує, наскільки сильні перешкоди можуть спотворити дані. |
Розмір дошки та кількість лота | Вказує розмір плати та кількість потрібних проводів. |
Щільність маршрутизації | Змінює кількість необхідних сигнальних шарів, якщо місця мало. |
Кількість інтерфейсів | Впливає на те, як ви спрямовуєте сигнали, щоб зберегти незмінний імпеданс. |
Низькошвидкісні та радіочастотні сигнали | Означає, що вам може знадобитися більше шарів для цих сигналів. |
Цілісність влади | Використовує силові та заземлювальні площини для підтримки стабільного живлення. |
Розташування шарів | Допомагає підтримувати сильні сигнали та запобігає проблемам під час виготовлення дошки. |
Правила проектування | Усуває проблеми під час складання та допомагає дошці добре працювати на високій швидкості. |
Ось кілька порад щодо кращого планування стекапу:
Зберігайте товщину шару та матеріал однаковими з обох боків, щоб запобігти згинанню.
Використовуйте щонайменше два шари для живлення та заземлення для низького імпедансу.
Залишайте простір між шарами однаковим, щоб імпеданс був стабільним.
Не направляйте високошвидкісні сигнали через розділені площини, щоб запобігти електромагнітним перешкодам.
Намагайтеся використовувати менше перехідних отворів для високошвидкісних сигналів.
Пам'ятайте: гарне планування стекання елементів допомагає запобігти проблемам із сигналами та забезпечує належну роботу вашої друкованої плати.
Цілісність та розв'язка живлення
Твердотільні силові та заземлювальні площини
У високошвидкісних конструкціях друкованих плат завжди слід використовувати суцільну заземлювальну поверхню. Цей шар допомагає диференціальним сигналам знайти хороший шлях назад. Він підтримує сильні та чіткі сигнали. Суцільна заземлювальна поверхня також захищає доріжки від зовнішнього шуму. Це робить цілісність влади краще, зупиняючи падіння напруги та шумові стрибки.
Міцна заземлена площина дає вам багато переваг:
Покращується цілісність сигналу. Заземлювальна площина забезпечує стабільний зворотний шлях сигналів, тому ваші дані залишаються чистими.
Електромагнітні перешкоди зменшуються. Заземлена площина діє як екран і блокує погані сигнали.
Покращується терморегуляція. Площина заземлення розподіляє тепло, тому ваша плата служить довше.
Опір нижчий. Мережа подачі живлення краще працює з твердою заземлювальною площиною, тому ваша плата справляється зі швидкими змінами струму.
Під високошвидкісними та диференціальними трасами слід тримати тверду площину заземлення. Це забезпечує сигналам хороший зворотний шлях та забезпечує належну роботу вашої конструкції.
Розміщення розв'язувальних конденсаторів
Вам потрібно правильно розмістити розділові конденсатори, щоб підтримувати високий рівень цілісності живлення. Ці дрібні деталі допомагають запобігти провалам напруги та шуму. Для досягнення найкращих результатів виконайте такі дії:
Розмістіть перехідні отвори від конденсатора якомога ближче до контактів живлення та заземлення мікросхеми. Це забезпечить сигналам хороший зворотний шлях.
Підключіть конденсатор до виводу мікросхеми, який знаходиться далі від площини живлення або заземлення.
Використовуйте пари перехідних отворів з протилежною полярністю, щоб знизити імпеданс.
Встановіть конденсатори на тій самій стороні плати, що й мікросхема, і тримайте їх дуже близько до контактів.
Не розміщуйте доріжки між контактними площадками конденсатора та перехідними отворами.
Використовуйте великі конденсатори для низькочастотного шуму та малі для високочастотного шуму.
Завжди тримайте малі конденсатори поблизу мікросхеми.
Ніколи не використовуйте перехідні отвори між конденсатором та мікросхемою, якщо вони розташовані на різних сторонах плати.
Не прокладайте доріжки на розділових конденсаторах.
Порада: Хороша розв'язка забезпечує чистоту сигналів і стабільність плати, навіть за швидких змін живлення.
Розміщення компонентів для високошвидкісних друкованих плат
Розмістіть високошвидкісні компоненти на першому місці
Перш ніж малювати доріжки, слід подумати про те, де розмістити високошвидкісні компоненти. Правильне розміщення допомагає контролювати, куди йдуть сигнали. Це забезпечує належну роботу вашої плати. Якщо розмістити ці компоненти першими, можна запобігти шуму та втраті сигналу. Потрібно дотримуватися чіткого плану для вашої розводки. Ось кілька кроків, які ви можете зробити:
Складіть план поверху для вашої друкованої плати. З'єднайте схожі деталі разом на початку проєктування.
Організуйте групи, такі як живлення, радіочастотні, цифрові та аналогові. Це запобігає перетину сигналів один з одним.
Тримайте чутливі високошвидкісні пристрої подалі від краю плати. Це допомагає зменшити електромагнітні перешкоди (EMI).
Переконайтеся, що гарячі частини отримують достатню кількість повітря. Розмістіть їх там, де повітря може циркулювати навколо них.
Розмістіть резистори кінцевої напруги поблизу портів, які потребують узгодження імпедансу.
Групуйте деталі за блоками схеми, навколо великих процесорів та поблизу шляхів трасування.
Порада: Планування завчасно заощаджує час і допомагає уникнути помилок пізніше.
Якщо виконати ці кроки, маршрутизація стає легшою і сигнали залишаються сильними. Ваша плата також залишається холоднішою та працює довше.
Ізоляція чутливих та шумних секцій
Ви повинні тримати чутливі та шумні ділянки на друкованій платі окремо. Якщо ви їх змішаєте, це може призвести до перехресних перешкод та проблем із сигналом. Можна використовувати різні способи розділення цих ділянок:
Використовуйте фільтри електромагнітних перешкод, такі як пі-фільтри, на входах і виходах схеми. Ці фільтри блокують високочастотний шум.
Закрийте чутливі ділянки заземлювальними пластинами або металевими екранами. Екрани запобігають потраплянню небажаних сигналів до важливих частин.
Зниження швидкості перемикання та швидкості наростання напруги. Це зменшує електромагнітні перешкоди, що створюються вашою платою.
Тримайте аналогову та цифрову секції окремо. Простір між ними допомагає запобігти поширенню шуму.
Розмістіть розділові конденсатори близько до виводів живлення мікросхеми. Ці компоненти фільтрують високочастотний шум.
Направляйте сигнали подалі від джерел шуму. Використовуйте перпендикулярне прокладання, щоб тримати траси подалі від шляхів сильного струму.
Примітка: Розділення шумних та чутливих секцій допомагає вашим сигналам залишатися чистими, а вашій платі – добре працювати.
Якщо ви використовуєте ці способи, ви захищаєте високошвидкісні сигнали та робите конструкцію вашої друкованої плати міцнішою.
Типові помилки в проектуванні високошвидкісних друкованих плат
Ігнорування контролю імпедансу
Дехто вважає, що лише експерти повинні узгоджувати імпеданс. Але це дуже важливе правило для високошвидкісних проектів з друкованими платами. Якщо не контролювати імпеданс, ваша схема може поводитися дивним чином. Ви можете помітити... бітові помилки та проблеми з електромагнітними зміщеннямиКоли імпеданс не збігається, сигнали можуть відбиватися назад. Це призводить до втрати даних, і ваша плата працює погано. Уявіть собі, що ви світите ліхтариком на дзеркало з маленьким отвором. Більша частина світла відбивається назад, і лише мала частина проходить крізь нього. Це схоже на те, що відбувається, коли імпеданс доріжки не збігається з імпедансом передавача та приймача. Частина сигналу відбивається назад і утворює стоячу хвилю. Ця хвиля може спотворити ваші дані.
Проблеми, спричинені поганим контролем імпедансу:
Схеми діють неочікувано
Дані можуть містити бітові помилки
Проблеми з електромагнітними сплесками та затримки проекту
Завжди слід перевіряти імпеданс доріжок, особливо для диференціальних сигналів. Використання правильних правил допомагає підтримувати сильні сигнали.
Нехтування зворотними шляхами
Вам потрібно стежити за зворотними шляхами у високошвидкісному проектуванні друкованих плат. На високих частотах зворотний струм проходить шляхом з найменшим опором. Якщо він не може знайти відповідний шлях, він розтікається. Це може спричинити випромінювання та перехресні перешкоди. Ці проблеми можуть пошкодити ваші сигнали та призвести до того, що плата не пройде тести. A тверда заземлена площина забезпечує диференціальним сигналам стабільний зворотний шлях. Якщо в землі є проміжки або тріщини, струм повинен їх обходити. Це погіршує електромагнітні випромінювання.
Докази | Опис |
|---|---|
Гарне заземлення важливе | Струм проходить від джерела живлення, через деталі та назад через заземлювальну площину. |
Повернути поточний шлях | На високих частотах струм проходить шляхом з найменшим опором, тому потрібне гарне заземлення. |
Заземлення друкованої плати | Прогалини в ґрунтовому шарі призводять до збільшення викидів та зниження продуктивності. |
Завжди слід планувати потужні зворотні шляхи, особливо для диференціальних сигналів.
Ігнорування можливостей виробника
Ви можете створити чудовий високошвидкісний дизайн друкованої плати. Але якщо ви не подумаєте про те, що може зробити ваш виробник, ваша плата може працювати неправильно. Проектування для виробництва (DFM) означає, що ви дотримуєтеся правил, які вам надає ваш виробник. Вам слід поговорити з вашим виробником та складачем на ранній стадії вашого проекту. Перевірте, що вони можуть зробити, і задайте запитання, якщо потрібно. Це допоможе вам уникнути помилок і забезпечити належну роботу вашого високошвидкісного дизайну друкованої плати.
Поради щодо співпраці з виробниками:
Оберіть свого виробника та збирача заздалегідь
Перевірте, що вони можуть зробити
Дотримуйтесь правил DFM для диференціальних сигналів та їхнього стекування
Якщо ви пам'ятаєте ці поширені помилки, ви можете уникнути проблем і створювати кращі високошвидкісні конструкції друкованих плат.
Ви покращите свої проекти високошвидкісних друкованих плат, дотримуючись цих правил. Якщо ви контролюєте імпеданс і вибираєте якісні матеріали, ваші сигнали залишатимуться сильними. Контрольний список допоможе вам не забути кроки та полегшить складання. Ви можете читати посібники або відвідувати заняття, щоб дізнатися більше про проектування високошвидкісних друкованих плат. Якщо ви зосередитесь на деталях і дізнаєтесь щось нове, ви створите плати, які добре працюють.
FAQ
Що таке контрольований імпеданс у проектуванні друкованих плат?
Контрольований імпеданс означає, що ви встановлюєте ширину доріжок та інтервал між ними, щоб сигнали поширювалися без спотворень. Ви використовуєте спеціальні матеріали та накладки. Це забезпечує чіткість та надійність високошвидкісних сигналів.
Чому слід уникати вигинів траси під кутом 90°?
Слід уникати вигинів на 90°, оскільки гострі кути можуть спричинити відбиття та втрату сигналу. Використовуйте вигини на 135° для плавніших шляхів.
Порада: Плавні вигини допомагають вашим сигналам залишатися сильними.
Як зменшити перехресні перешкоди між доріжками?
Ви тримаєте доріжки далеко одна від одної та використовуєте заземлюючі площини.
Маршрутизуйте сигнали з відстанню між ними щонайменше втричі більшою за ширину траси.
Розмістіть заземлюючі доріжки між шумними сигналами.
Де слід розміщувати розділові конденсатори?
Роздільні конденсатори розміщуються близько до виводів живлення мікросхеми. Це допомагає блокувати шум і підтримує стабільну напругу.
Примітка: Для найкращих результатів завжди тримайте малі конденсатори поблизу мікросхеми.
Що станеться, якщо проігнорувати можливості виробника?
Ви можете розробити плату, яку неможливо зібрати. Завжди уточнюйте у виробника ширину доріжок, інтервал між ними та варіанти їх розташування.
перевірити | Чому |
|---|---|
Ширина траєкторії | Забезпечує роботу сигналів |
Стек-ап | Підтримує правильний імпеданс |
