High-Speed PCBs Beheersen: Een Complete Ontwerpgids

Ongetwijfeld maken de meeste reguliere engineering-projecten gebruik van het standaard PCB-ontwerp. Ook kunnen traditionele PCBs niet voor alles werken. Dus als u met een geavanceerde toepassing te maken heeft, hebt u een high-speed PCB nodig.

Echter, het ontwerpen van high-speed PCBs kan lastig zijn. U moet aandacht besteden aan details zoals signaalintegriteit, reflecties en crosstalk. Als u onbekend bent met een van deze termen, is dit artikel voor u.

In dit artikel leert u alles over high-speed PCBs en de regels voor het ontwerpen van er een. We zullen het ook vergelijken met een high-frequency PCB.

Dus laten we beginnen.

Wat is een High-Speed PCB?

High-Speed Systeem

High-speed PCBs zijn apparaten die high-speed signalen gebruiken om gegevens tussen componenten over te dragen. De signalen reizen langs de koperbanen van het bord tot ze hun doelen bereiken. Bovendien kan het signaal analog of digitaal zijn.

Echter, er is maar een klein verschil tussen high-speed en standaard borden. Maar eerst moet u dit weten: wat we gebruiken om een systeem als "high-speed" te classificeren, is de signaalflankensnelheid van het systeem. Dus als het snel is, is het een high-speed PCB. Dus de signaalflankensnelheid van het systeem scheidt high-speed van standaard PCBs.

We beschouwen ook elke PCB die hoge signaalintegriteit heeft als een high-speed PCB. Andere indicatoren die u kunnen helpen een high-speed ontwerp van een regulier te onderscheiden is dat high-speed PCBs RF front-ends hebben voor draadloze netwerken.

Ook richten de meeste high-speed ontwerpen zich op interconnected designs, PCB stack-up ontwerpen en routing. Dus het derde gebied zal geen last zijn als u de eerste twee gebieden goed doet.

High-Speed PCB Toepassingen

Meerdere PCBs

High-speed PCBs werken in bijna elke toepassing. Hier zijn enkele van de toepassingen die het gebruik van high-speed PCBs ondersteunen:

• U kunt high-speed PCBs gebruiken in netwerkcommunicatiesystemen. Het primaire doel hier is signaalintegriteitsverificatie.
• High-speed PCBs kunnen high-speed digitale testborden creëren. Deze borden kunnen verschillende signalen testen, inclusief RF-signaal roll-off.
• High-speed PCBs kunnen ook krachtige consumentenelektronica creëren met hoge volumes en korte time-to-market.
• High-speed PCBs kunnen ook radiocircuits creëren met een hoge eis voor impedantiecontrole.
• Daarnaast werken deze borden ook in medische apparatuur die hoge-snelheidsoperaties nodig heeft.

Andere producten die high-speed PCBs gebruiken omvatten:

• Routers
• High-speed data kanalen
• Servers
• Vermogensversterkers
• Opslaggebiednetwerken
• Transceiver modules

High-Speed PCB Ontwerp Regels en Uitdagingen

Printplaat

Net als elk ander PCB-ontwerpproces hebben high-speed PCBs regels die hun ontwerpmethode definiëren. Terwijl we enkele van de regels in detail bekijken, zullen we ook de mogelijke ontwerpuitdagingen onderzoeken.

Impedantie

U moet twee impedantiewaarden overwegen bij het ontwerpen van een high-PCB-layout. Deze impedantiewaarden omvatten single-ended impedantie Zo en differentiële impedantie Zdiff.

Dit zijn de veelvoorkomende impedantiewaarden voor zowel parallele als seriële interfaces. Bovendien is het essentieel om de juiste impedantie aan te houden bij het ontwerpen van uw high-speed PCBs. Anders zullen uw PCB-sporen signaalreflecties hebben.

Dat is nog niet alles. Het gebruik van de verkeerde impedantie zal ook signaalkwaliteitsverlies, lage werksfrequentie veroorzaken en onhoudbare EMI genereren.

Andere impedantietypen die u moet overwegen, zelfs zeldzaam, omvatten:

• Common ZCM 
• Even mode Zoe 
• En Odd mode zoo

Grounding

Voor de meeste high-speed PCB-ontwerpen is het onmogelijk om alle interfaces op één laag te traceren. Daarom hebt u de hulp van via's nodig om sporen naar meerdere lagen over te brengen. Er zijn echter specifieke regels die dit proces regelen.

• Uw ontwerpen moeten dezelfde GND-polygoonpotentiaal op alle lagen hebben, vooral in de buurt van signaal-via's. We noemen deze GND-via's stitching via's, en ze moeten zo dicht mogelijk bij de GND-polygoon zijn. Bovendien zal het volgen van deze regel ervoor zorgen dat alle high-speed sporen dezelfde GND-referentie hebben.

• Wees voorzichtig bij het ontwerpen van uw via's. Een slecht ontwerp zal impedantieproblemen op uw bord veroorzaken. Maar u kunt dit vermijden door ervoor te zorgen dat alle via's de juiste diameters hebben.

• Het gebruik van via's voor high-speed signaalrouting kan lastig zijn. Dus u moet voldoende ruimte tussen via's plaatsen om hoge stroomdichtheid en oververhitting te voorkomen.

Crosstalk

Crosstalk is elk ongewenst effect gegenereerd bij het transmitteren van signalen over een communicatiespoor. Deze ongewenste effecten zijn meestal op burensporen en veroorzaken vaak signaalverandering.

Bovendien gebeurt crosstalk meestal wanneer sporen te dicht bij elkaar lopen. In zo'n geval kunt u crosstalk verminderen door ten minste 3W ruimte tussen de sporen te laten.

Voor differentiële paren, gebruik de 5W-regel om uw sporen correct te ruimten. Ook als uw bord een differentiël paar vereist dat periodieke signalen overbrengt, raden we aan om het ten minste 8W van andere differentiële paren te houden.

Ook moet er voldoende afstand zijn tussen sporen met asynchrone signalen en high-speed signaalsporen. Bovendien kunt u crosstalk minimaliseren op meerlagige borden door sporen loodrecht op de sporen van het burenbord te routen.

Componenten Locatie

PCB met Componenten

Componentenlocatie is essentieel voor high-speed PCB-ontwerpen, voordat u uw ontwerp begint, plant u - waar u uw componenten plaatst.

Ideaal moet u een aparte GND-polygoon voor analoge componenten (indien aanwezig) plaatsen en ze ver van digitale sporen en componenten houden. Op die manier kunt u EMI-problemen voorkomen.

Ook hebben high-speed componenten geen erg lange sporen nodig. Dus zorg ervoor dat u voldoende ruimte houdt voor lengte-afstemming zodat ze niet dicht bij interferentiebronnen blijven.

Daarnaast moet u positioneren van high-speed componenten in de buurt van de rand van uw bord vermijden. Het zal nadelige effecten hebben op uw signaalkwaliteit. In plaats daarvan kunt u dergelijke componenten richting het centrum plaatsen.

Spoor Vorm

Verschillende Spoor Vormen

High-speed sporen moeten afgeronde en gladde hoeken hebben. Ook moet u scherpe bochten vermijden. Maar het kan een redelijke hoeveelheid tijd kosten om de beste spoorvorm te krijgen.

De beste manier om de optimale spoorvorm te krijgen en impedantiewijzigingen te vermijden is om ze onder 45-graden hoeken te buigen.

De Grote Drie Problemen van High-Speed PCB-Ontwerpen

High-speed PCBs hebben veel problemen die een circuit nutteloos kunnen maken als u ze niet oplost. En van alle verschillende problemen hebben we drie grote opgesomd die u moet vermijden. Laten we eens nader kijken naar deze drie.

Timing

Uw bord heeft timing-problemen als uw signalen niet correct transmitteren, vooral vergeleken met andere signalen. Een klok controleert al deze signalen, dus als uw timing slecht is, zijn de enige gegevens die u ontvangt gecorrupte gegevens.

Oplossing: u kunt dit probleem oplossen door twee gekoppelde spoorlengtes te matchen. Het zal de sporen synchroniseren met uw kloksnelheden en ze laten transmitteren op hetzelfde moment.

Noise

Noise is elke vorm van interferentie die uw signalen tijdens transmissie beïnvloedt. Er is wat noise op elke PCB, maar een hoog noise-niveau kan datacorruptie veroorzaken. Daarom is het een probleem dat u in uw ontwerpen moet vermijden.

Oplossing: Houd voldoende afstand tussen uw sporen, wat ze minder gevoelig voor noise maakt. Correcte afstand zal ook het noise-niveau van uw PCB verminderen.

Integriteit

Als uw signalen niet eruitzien zoals ze zouden na transmissie, heeft het gecompromitteerde integriteit. Dergelijke situaties zijn meestal het resultaat van interferentie die de integriteit van een signaal tijdens transmissie kan beïnvloeden.

Oplossing: Het gebruik van een juiste impedantie tussen een ontvanger en zender kan de integriteit en kwaliteit van uw signaal verbeteren. Het zal ook de noise-gevoeligheid van uw signaal verminderen.

High-Speed PCB Ontwerp Vaardigheden

PCB Ontwerp

Hier zijn enkele vaardigheden die u nodig hebt voordat u een high-speed PCB ontwerpt.

Hoe Sporen Te Routeren Met Impedantiecontrole

PCB met Blauwe Sporen

U moet begrijpen hoe u laagstack en spoorbreedte kunt berekenen. De resultaten van deze berekeningen geven u de essentiële impedantiewaarden. Verkeerde impedantiewaarden zullen uw signaal nadelig beïnvloeden en leiden tot datacorruptie.

Lusoppervlak Minimalisatie

High-speed signalen zijn vrij gevoelig voor EMI/EMC-problemen. Maar u kunt de impact van deze problemen verminderen door eenvoudige baseregels te volgen. Deze regels omvatten het verminderen van lusoppervlakken, het gebruiken van continue grondvlakken en veel stitching via's, en het optimaliseren van spoorterugkeerpaden.

High-Speed Routing Vaardigheden

Er zijn veel dingen om te overwegen bij het routeren van high-speed sporen. Eerst moet u weten hoe u grondvlakken kunt snijden en sporen kort kunt houden. U moet uw sporen ook afschermen van interferentie en digitale lijnen ruimten om crosstalk te vermijden.

Geavanceerde Ontwerpsoftware Gebruiken

Het ontwerpen van high-speed PCBs vereist veel complexe functies van uw CAD-software. En u hebt de benodigde vaardigheid om deze functies te hanteren. Op die manier kunt u het ontwerpen van vreselijke high-speed schema's vermijden.

High-Speed PCB vs. High-Frequency PCB

Printplaat

Hoewel high-speed en high-frequency verschillende definities hebben, zijn hun borden essentieel hetzelfde. Ze gebruiken allebei de sinusgolf als drager van gemoduleerde signalen.

Er zijn echter lichte verschillen. Bijvoorbeeld, we gebruiken high-speed circuits wanneer spanning in korte periodes stijgt en daalt. Tegelijkertijd gebruiken we high-frequency borden met korte circuitcycli.

De verschillen zijn niet dat distinct om ze als afzonderlijke borden in te stellen. Ze gebruiken zelfs dezelfde basismaterialen. U moet zich richten op het behouden van de signaalintegriteit van uw circuit.

Afsluiting

High-tech PCB

Veel dingen kunnen misgaan als u niet voorzichtig bent bij het ontwerpen van high-speed PCBs. In tegenstelling tot reguliere PCBs hebt u veel tijd en aandacht nodig bij het ontwikkelen van een correct high-speed circuit schema.

Bovendien hebt u specifieke vaardigheden nodig voordat u ontwerpen maakt, zoals weten hoe u uw sporen correct routeert en impedantie meet. U moet ook uw componentenplaatsing in de gaten houden om dingen niet ingewikkeld te maken voor fabrikanten.

Wilt u high-speed PCB fabriceren? Neem dan contact met ons op, en we bieden graag de beste adviezen en diensten.