Korte antwoorden op grote vragen over PCB-ontwerp

Q1:Hoe PCB-materiaal (Printed Circuit Board) kiezen?

A1:PCB-materiaal moet volledig worden geselecteerd op basis van de balans tussen ontwerpvraag, volumeproductie en kosten. De ontwerpvraag omvat elektrische elementen waarmee serieus rekening moet worden gehouden tijdens het ontwerpen van hogesnelheidsprintplaten. Bovendien moet rekening worden gehouden met de diëlektrische constante en het diëlektrische verlies, ongeacht of ze bij de frequentie passen.

V2:Hoe hoogfrequente interferentie vermijden?

A2:Het leidende principe om hoogfrequente interferentie te overwinnen, is om overspraak zoveel mogelijk te verminderen, wat kan worden bereikt door de afstand tussen hogesnelheidssignalen en analoge signalen te vergroten of door grondbewakings- of shuntsporen naast analoge signalen uit te rusten. Bovendien moet de ruisinterferentie die wordt veroorzaakt door digitale aarde op analoge aarde zorgvuldig worden overwogen.

Q3:Hoe kan ik sporen met differentiële signalen rangschikken?

A3:Twee punten moeten worden gefocust in termen van het ontwerp van sporen die differentiële signalen dragen. Aan de ene kant moet de lengte van twee lijnen hetzelfde zijn; aan de andere kant moet de afstand tussen twee lijnen parallel blijven.

V4:Hoe regelt u sporen die differentiële signalen dragen wanneer er slechts één kloksignaallijn op de uitgangsterminal is?

A4:Het uitgangspunt van sporen die differentiële signalen dragen, is dat zowel de signaalbronnen als het ontvangende uiteinde differentiële signalen moeten zijn. Daarom kan differentiële routering nooit werken op kloksignalen die slechts één uitgang bevatten.

V5:Kan gematchte weerstand worden toegevoegd tussen differentiële paren aan de ontvangende kant?

A5:Overeenkomende weerstand wordt meestal toegevoegd tussen differentiële paren aan het ontvangende uiteinde en de waarde is gelijk aan die van differentiële impedantie. Als gevolg hiervan zal de signaalkwaliteit beter zijn.

V6:Waarom moeten sporen van differentiële paren dicht bij elkaar en parallel zijn?

A6:Differentiële paarsporen moeten goed dicht en parallel zijn. De afstand tussen differentiële paarsporen wordt bepaald door differentiële impedantie die een belangrijke referentieparameter is in termen van differentieelpaarontwerp.

V7:Hoe de conflicten tussen handmatige routering en automatische routering op hogesnelheidssignalen oplossen?

A7:Nu zijn de meeste automatische routers in staat om de draadgeleidingsmethode en het aantal doorgaande gaten te regelen door randvoorwaarden in te stellen. Alle EDA-bedrijven verschillen veel van elkaar op het gebied van draadgeleidingsmethoden en het instellen van randvoorwaarden. De moeilijkheid van automatische routering hangt nauw samen met de mogelijkheid tot draadgeleiding. Daarom kan dit probleem worden opgelost door een router op te pikken met een hoog vermogen voor draadgeleiding.

Q8:In high-speed PCB-ontwerp kan het lege gebied van signaallagen worden gecoat met koper. Hoe moet koper worden verdeeld over meerdere signaallagen bij aarding en voeding?

A8:Over het algemeen is kopercoating meestal verbonden met de grond in een leeg gebied. De afstand tussen kopercoating en signaallijnen moet strikt worden ontworpen, omdat gecoat koper de karakteristieke impedantie een beetje zal verminderen. Ondertussen mag de karakteristieke impedantie van andere lagen niet worden beïnvloed.

Vraag 9:Kan de karakteristieke impedantie op het vermogensvlak worden bepaald door het microstriplijnmodel? Kan het microstriplijnmodel worden gebruikt op signalen tussen het vermogensvlak en het grondvlak?

A9:Ja. Tijdens de procedure van karakteristieke impedantieberekening kunnen zowel het vermogensvlak als het grondvlak als een referentievlak worden beschouwd.

V10:Kunnen de testpunten die worden gegenereerd door automatisering op PCB's met hoge dichtheid voldoen aan de testeisen van massale productie?

A10:Het hangt van het geval af of de regelgeving op testpunten verenigbaar is met de eisen die aan testmachines worden gesteld. Bovendien, als de route te strak wordt uitgevoerd en de voorschriften voor testpunten erg streng zijn, is het mogelijk dat er geen manieren zijn om testpunten op elk lijnsegment te plaatsen. Natuurlijk kunnen handmatige methoden worden gebruikt om testpunten aan te vullen.

V11:Kan het toevoegen van testpunten de kwaliteit van hogesnelheidssignalen beïnvloeden?

A11:Het hangt allemaal af van het geval of de methode voor het toevoegen van testpunten en de loopsnelheid van signalen. In principe wordt het toevoegen van testpunten verkregen door ze aan lijnen toe te voegen of een segment eruit te trekken. Beide methoden kunnen in meer of mindere mate invloed hebben op hogesnelheidssignalen en de mate van effect hangt samen met de frequentiesnelheid en randsnelheid van signalen.

V12:Wanneer een aantal PCB's in een systeem zijn aangesloten, hoe moeten dan de aardingslijnen van elke PCB worden aangesloten?

A12:Gebaseerd op de huidige wet van Kirchoff, wanneer stroom of signalen van bord A naar bord B worden gestuurd, zal een equivalente hoeveelheid stroom worden teruggestuurd naar bord A vanaf het grondvlak en zal de stroom op het grondvlak terugvloeien naar het pad waar de impedantie is de laagste. Daarom mag het aantal pinnen dat wordt bijgedragen aan het grondvlak nooit te klein zijn bij elke interface van stroom- of signaalinterconnectie, zodat zowel de impedantie als de ruis op de grond kan worden verminderd. Bovendien moet de hele stroomlus worden geanalyseerd, met name het gedeelte waar de stroom het grootst is, en de verbinding van het grondvlak of de grondlijnen moet worden aangepast om de stroom te regelen en de invloed op andere gevoelige signalen te verminderen.

V13:Kunnen aardlijnen worden toegevoegd aan het midden van differentiële signaallijnen?

A13:In principe kunnen aardlijnen niet worden toegevoegd aan differentiële signaallijnen omdat het grootste belang van het differentiële signaallijnprincipe ligt in het voordeel dat wordt geleid door wederzijdse koppeling tussen differentiële signaallijnen, zoals fluxonderdrukking, ruisimmuniteit enz. Het koppelingseffect wordt vernietigd als grondlijnen zijn onder hen toegevoegd.

Q14:Wat is het principe van het oppikken van geschikte PCB's en het aardingspunt van de afdekking?

A14:Het principe is om gebruik te maken van chassisaarde om een ​​pad met lage impedantie naar terugkerende stroom te bieden en om het pad van deze terugkerende stroom te regelen. Een schroef kan bijvoorbeeld normaal gesproken worden gebruikt in de buurt van een hoogfrequente component of klokgenerator om het aardingsvlak van de PCB te verbinden met de chassisaarde om het hele stroomlusgebied zoveel mogelijk te verminderen, dat wil zeggen om elektromagnetische interferentie te verminderen.

V15:Waar moet PCB-foutopsporing beginnen?

A15:Wat het digitale circuit betreft, moeten de volgende dingen in volgorde worden gedaan. Ten eerste moeten alle vermogenswaarden worden bevestigd om gemiddeld aan de ontwerpvereiste te voldoen. Ten tweede moet worden bevestigd dat alle kloksignaalfrequenties normaal werken en is er geen niet-monotoon probleem aan de rand. Ten derde moeten resetsignalen worden bevestigd om aan de standaardvereisten te voldoen. Als bovenstaande zaken zijn bevestigd, moet de chip in de eerste cyclus signalen afgeven. Vervolgens wordt debug uitgevoerd op basis van het systeem dat draait op het protocol en het busprotocol.

Q16:Wat is de beste manier om een ​​high-speed en high-density PCB te ontwerpen met een vast printoppervlak?

A16:In het proces van PCB-ontwerp met hoge snelheid en hoge dichtheid, moet vooral aandacht worden besteed aan overspraakinterferentie, omdat dit een grote invloed heeft op de timing en de signaalintegriteit. Er worden enkele ontwerpoplossingen gegeven. Ten eerste moet de continuïteit en afstemming van de routeringskarakteristiekimpedantie worden gecontroleerd. Ten tweede moet de afstand worden opgemerkt en de afstand is normaal gesproken twee keer de lijnbreedte. Ten derde moeten de juiste beëindigingsmethoden worden opgepikt. Ten vierde moet routering in aangrenzende lagen in verschillende richtingen worden geïmplementeerd. Ten vijfde kunnen blinde/begraven via's worden gebruikt om het routeringsgebied te vergroten. Bovendien moeten differentiële beëindiging en common-mode beëindiging worden gehandhaafd om de invloed op timing en signaalintegriteit te verminderen.

Q17:LC-circuit wordt meestal toegepast om golf op analoog vermogen te filteren. Waarom presteert LC soms beter dan RC?

A17:De vergelijking tussen LC en RC moet gebaseerd zijn op de aanname of frequentieband en inductantie op de juiste manier zijn geselecteerd. Omdat reactantie van inductantie gecorreleerd is met inductantie en frequentie, als de ruisfrequentie van het vermogen te laag is en de inductantie niet hoog genoeg, presteert LC slechter dan RC. Een van de nadelen van RC is echter dat de weerstand zelf energie verbruikt met een laag rendement.

Vraag 18:Wat is de optimale manier om de EMC-vereisten te bereiken zonder kostendruk?

A18:PCB's hebben te lijden van hogere kosten als gevolg van EMC, meestal omdat het aantal lagen omhoog gaat om de afschermingsspanning te versterken en sommige componenten zijn voorbereid, zoals ferrietkraal of choke die worden gebruikt om hoogfrequente harmonische golfcomponenten te stoppen. Bovendien moeten andere afschermingsstructuren op andere systemen worden gebruikt om aan de eisen van EMC te voldoen. Ten eerste moeten er zoveel mogelijk componenten met een lage slew rate worden toegepast om de door signalen gegenereerde hoogfrequente delen te verminderen. Ten tweede mogen hoogfrequente componenten nooit te dicht bij externe connectoren worden geplaatst. Ten derde moeten impedantie-aanpassing, routeringslaag en retourstroompad van hogesnelheidssignalen zorgvuldig worden ontworpen om hoogfrequente reflectie en straling te verminderen. Ten vierde moeten er voldoende ontkoppelcondensatoren op de voedingspinnen worden geplaatst om de ruis op het voedingsvlak en het grondvlak te verminderen. Ten vijfde kan de aarde in de buurt van de externe connector worden weggesneden van het aardingsvlak en moet de aarding van de connector zich in de buurt van de chassisaarde bevinden.

V19:Wanneer een printplaat meerdere digitale/analoge modules heeft, is de gebruikelijke oplossing om digitale/analoge modules te verdelen. Waarom?

A19:De reden voor het scheiden van digitale en analoge modules is dat ruis gewoonlijk wordt gegenereerd bij stroom en aarde bij het schakelen van hoog en laag potentiaal en de mate van ruis is gerelateerd aan signaalsnelheid en stroomsterkte. Als analoge en digitale modules niet zijn verdeeld en de ruis die door de digitale module wordt gegenereerd groter is en het circuit in het analoge gebied vergelijkbaar is, zelfs als analoge en digitale signalen niet overkomen, zullen analoge signalen nog steeds worden beïnvloed door ruis.

Vraag 20:Hoe moet impedantie-aanpassing worden geïmplementeerd als het gaat om high-speed PCB-ontwerp?

A20:Wat betreft het ontwerp van hogesnelheidsprintplaten, is impedantieaanpassing een van de belangrijkste overwegingen. Impedantie heeft een absolute relatie met routering. Karakteristieke impedantie wordt bijvoorbeeld bepaald door een aantal elementen, waaronder de afstand tussen microstrip of stripline/dubbele stripline-laag en referentielaag, routeringsbreedte, PCB-materiaal enz. Anders gezegd, karakteristieke impedantie kan nooit worden bepaald tot het routeren. De essentiële oplossing voor dit probleem is om zo veel mogelijk te voorkomen dat de impedantie-discontinuïteit optreedt.

Vraag 21:Welke maatregelen moeten in het proces van het ontwerpen van PCB's met hoge snelheid worden genomen met het oog op EMC/EMI?

A21:Over het algemeen moet EMI/EMC-ontwerp worden beschouwd vanuit zowel de stralings- als de geleidingsaspecten. De eerste behoort tot het gedeelte waarvan de frequentie hoger is (meer dan 30 MHz), terwijl de laatste tot het gedeelte met de frequentie lager is (minder dan 30 MHz). Daarom moeten zowel het hoogfrequente gedeelte als het laagfrequente gedeelte worden opgemerkt. Een goed EMI/EMC-ontwerp moet uitgaan van de plaatsing van de componenten, de PCB-stapeling, de routering, de selectie van componenten, enz. Zodra die aspecten buiten beschouwing blijven, zullen de kosten mogelijk stijgen. De klokgenerator mag bijvoorbeeld niet zo dicht mogelijk bij de externe connector worden geplaatst. Bovendien moeten de verbindingspunten tussen de printplaat en het chassis correct worden gekozen.

V22:Wat is routeringtopologie?

A22:Routeringtopologie, ook wel routeringsvolgorde genoemd, verwijst naar de volgorde van routering in termen van netwerk met meerdere terminators.

V23:Hoe moet de routeringtopologie worden aangepast om de signaalintegriteit te vergroten?

A23:Dit type netwerksignalen is zo complex dat de topologie verschillend is op basis van verschillende richtingen, verschillende niveaus, verschillende soorten signalen. Daarom is het moeilijk om te beoordelen welk type signalen gunstig is voor de signaalkwaliteit.

Q24:Wat is de reden voor kopercoating?

A24:Er zijn meestal een aantal redenen voor kopercoating. Ten eerste zal massieve aarding of koperen coating een afschermend effect hebben en een speciale aarding, bijvoorbeeld PGND, kan een beschermende rol spelen. Ten tweede, om te zorgen voor hoge prestaties van galvaniseren of om te voorkomen dat laminering vervormd wordt, moet koper op de printplaat worden gecoat met minder routering. Ten derde vloeit kopercoating voort uit de eis inzake signaalintegriteit. Er moet een volledig retourpad worden voorzien naar hoogfrequente digitale signalen en de routering van het DC-netwerk moet worden verminderd. Bovendien moet ook rekening worden gehouden met thermische dissipatie.

V25:Wat is retourstroom?

A25:Terwijl digitale signalen met hoge snelheid lopen, stromen de signalen van de drivers naar de drager langs de PCB-transmissielijn en keren dan terug naar de driverterminal via het kortste pad langs aarde of stroom. De terugkerende signalen op aarde of voeding worden retourstroom genoemd.

Q26:Hoeveel soorten terminals zijn er?

A26:Terminal, ook wel matching genoemd, wordt meestal ingedeeld in source matching en terminal matching. De eerste verwijst naar serieweerstandsaanpassing, terwijl de laatste verwijst naar parallelle aanpassing. Er zijn veel methoden beschikbaar, waaronder pull-up-weerstand, pull-down-weerstand, Davenan-matching, AC-matching, Schottky-diode-matching enz.

Vraag 27:Welke elementen kunnen overeenkomende typen bepalen?

A27:Het type matching wordt meestal bepaald door BUFFER-kenmerken, topologie, niveauclassificaties en beoordelingstype. Bovendien moet ook rekening worden gehouden met de signaalcyclus en het energieverbruik van het systeem.

Vraag 28:Welke inspectie moet worden uitgevoerd op PCB voordat deze wordt vrijgegeven door de productiefabriek?

A28:De meeste PCB-fabrikanten voeren een aan-uit-test uit op PCB's voordat ze de fabriek verlaten om er zeker van te zijn dat alle circuits correct zijn aangesloten. Tot nu toe voeren sommige geavanceerde fabrikanten röntgeninspecties uit om obstakels bij het etsen of lamineren op te sporen. Als het gaat om de producten die door SMT-assemblage gaan, wordt meestal ICT toegepast, wat vraagt ​​om het instellen van ICT-testpunten tijdens de PCB-ontwerpfase. Zodra er problemen optreden, kan ook een speciaal type röntgeninspectie worden gebruikt.

Vraag 29:Moeten ze voor een circuit dat bestaat uit een paar printplaten dezelfde aarde delen?

A29:Een circuit dat bestaat uit een paar printplaten, zou normaal gesproken dezelfde aarde moeten delen, omdat het onpraktisch is om een ​​paar vermogens in één circuit toe te passen. Natuurlijk kunnen, als uw omstandigheden het toelaten, ook verschillende bevoegdheden worden gebruikt. Dat helpt tenslotte om interferentie te verminderen.

V30:Hoe moet ESD worden beschouwd door een systeem dat DSP en PLD bevat?

A30:Wat gewone systemen betreft, moeten de delen eerst worden bekeken met direct contact met mensen en moeten de circuits en constructies op de juiste manier worden beschermd. De mate van invloed die ESD op het systeem heeft, wordt meestal bepaald op basis van verschillende situaties. In een droge omgeving zal ESD erger worden, vooral op het systeem dat gevoeliger is. Ook al heeft een groter systeem een ​​duidelijk effect op ESD, er moet ook meer aandacht aan worden besteed.

Vraag 31:Als het gaat om een ​​4-laags PCB-ontwerp, welke kant moet dan aan beide zijden een kopercoating krijgen?

A31:De volgende aspecten moeten in overweging worden genomen voor kopercoating:afscherming, thermische dissipatie, versterking en vraag naar PCB-productie. Daarom moet de belangrijkste reden worden overwogen. Bijvoorbeeld, in termen van high-speed PCB-ontwerp, moet afscherming het meest worden overwogen. Oppervlakteaarding is gunstig voor EMC en kopercoating moet volledig worden gedaan in het geval van eenzaam eiland. Als componenten op het oppervlak te veel worden gerouteerd, zal het over het algemeen moeilijk zijn om koperfolie compleet te houden. Daarom wordt aangeraden borden met veel oppervlaktecomponenten of veel routering niet met koper te coaten.

V32:Is het nodig om tijdens het routeren van de klok aan beide zijden aardafscherming toe te voegen?

A32:Het hangt af van overspraak of EMI van het bord. Als afschermende grondlijnen niet goed worden verwerkt, zal dit juist slechte effecten naar voren brengen.

Vraag 33:Wat is de strategie van klokroutering voor signalen op verschillende frequenties?

A33:Wat de routering van kloklijnen betreft, moet eerst een analyse van de signaalintegriteit worden uitgevoerd en moeten de routeringsprincipes worden gemanipuleerd. Dan is het tijd om routing te implementeren op basis van de principes.

Handige bronnen
• Hoe u hoogwaardige PCB's ontwerpt
• De belangrijkste PCB-ontwerpregels die u moet kennen
• Veelvoorkomende problemen met PCB-ontwerp
• Mogelijke problemen en oplossingen in het proces van PCB-ontwerp
• PCB-ontwerpelementen die SMT-productie beïnvloeden