Како оптимизовани мултилајдер ПЦБ дизајн може побољшати интегритет сигнала?

1. у вези са Увод: Важност оптимизованог интегритета сигнала у пројектовању вишеструких ПЦБ-а са мешаним сигналом

У данашњем брзо развијаном електрономском пејзажу, потражња за компактним, високо-производним уређајима подстакла је интеграцију аналогних и дигиталних кола на један. пЦБ са мешаним сигналом - Да ли је то истина? Ове плоче напајају све од паметних индустријских контролера до аутомобилских инфо-интејнмент системаи у центру њиховог рада лежи један веома важан аспект: интегритет сигнала .

Интегритет сигнала (СИ) означава квалитет и поузданост електричних сигнала док пролазе кроз плочу штампаних кола. Када сигнал одржи свој намењени облик, напон и време током свог путовања, систем ради као што се очекује. Међутим, са оба брза дигитални ПЦБ секције и осетљиве аналогни ПЦБ домени који сукојестују на распореду са мешаним сигналом, претње квалитету сигнала се множе. Високофреквентни прелази, бука преласка и паразитски ефекти могу погоршати сигнале, што доводи до međusignali , земљни одскок , и губитак верности података. Које су последице? Непредвидиво понашање кола, електромагнетне интерференције ( ЕМИ ), регулаторна питања и болна одлагања у време пуштања на тржиште.

Зашто је интегритет сигнала толико важан у ПЦБ-овима са мешаним сигналом?

Мешане сигналне плоче се суочавају са јединственим изазовима у СИ-у јер дигиталне кола генеришу брзе брзине ивице, катаклизоване напоне и струје које лако загађују аналогне путеве. Неисправан пик на референци ravni reflektor или оштећени сат може значити непрецизна аналогна читања, није успео Интеграција АДЦ-а , или оштећени пренос податакасве посебно озбиљне у безбедносно-критичним или високоразрешивим апликацијама.

Таблица брзе чињенице: Зашто је СИ важан у ПЦБ-овима са мешаним сигналом

Шта се у овом водичу говори

У овом детаљном водичу научите ћете:

• Osnove пЦБ са мешаним сигналом инжењеринг
• Практичне најбоље праксе за управљање ИС-ом (са кључним речима као што су kontrolisana impedansa , диференцијално рутирање пара , и стратегије за заземљавање )
• Процес у 12 корака за максимизацију перформанси и производње
• Напређена покривеност виаса, спајања, декоплинга кондензатора и још много тога
• Савете за решавање проблема и примери случаја
• Најновији алати за Симулација СИ и Анализа ПДН-а

2. Уколико је потребно. Шта је дизајн ПЦБ са мешаним сигналом?

А пЦБ са мешаним сигналом је плоча штампаних кола која интегрише аналогне и дигиталне компоненте у једну супстрату. Ова конвергенција омогућава модерним уређајима да премосте физички аналогни свет са дигиталним доменом, омогућавајући све од СИО производа богатих сензорима до напредних ауто-електронских контролних јединица.

Дефинисање мешаних сигнала, аналогних и дигиталних ПЦБ домена

• Аналогне ПЦБ управљати континуираним сигналимакао што су аудио, температура или ниво напона. Ови сигнали су веома осетљиви на буку, прелаз и мале флуктуације напона.
• Дигитални ПЦБ обрадују дискретне логичке сигнале (0s и 1s). Иако се могу чинити чврстим, дигиталне кола - посебно брза кола - главни су извор електромагнетне буке, повлачења са земље и истовремене излазности превлачења (ССО).
• Дизајн ПЦБ са мешаним сигналом означава распореде у којима ова два света морају да когзистирају, захтевајући сложену пажњу на интегритет сигнала , узземљавање и проблеми са интегритетом енергије.

Типичне примене ПЦБ са мешаним сигналом

ПЦБ са мешаним сигналом су кичма многих система критичних за мисију, укључујући:

• Индустријска аутоматизација: Контрола у реалном времену са прецизним сензорским интерфејсима.
• Автомобилски системи: Инфоинтејнмент, управљање батеријама, АДАС и контроле мотора.
• Потрошачка електроника: Смартфони, носиви уређаји, аудио уређаји и фотоапарати.
• Медицински уређаји: Монитори за пацијенте, системи за снимање и дијагностичка опрема.
• Komunikacija: Рутери, преносни уређаји, СДР и опрема за брзу мрежу.

Табела: Пример случајева употребе ПЦБ са мешаним сигналом

Зашто је пројектовање ПЦБ-а са мешаним сигналом изазов?

Примарни изазов је управљање интегритет сигнала , јер:

• Цифрне кола стварају брзе количине напона (висок дВ/дт, висок ди/дт) који изазивају буку на заједничким површинама и електричним мрежама.
• Аналогна кола су рањива на буку ниског нивоа, чак и на микроволт нивоима, што може изазвати СНР (поредок сигнал-шум) деградација и THD (тотална хармонијска деформација) у АДЦ-у.
• Сатови (као што су они који се хране) Интеграција АДЦ-а ) и линије података прелазе више домена, што доводи до međusignali , прекиди повратног пута , и грешке у времену.
• Слабо примењена стратегије за заземљавање и ПЦБ-насклађивање може појачати ове ризике, посебно у густим вишеслојним плочама.

Разумевање кључних елемената мешаног сигнала

Успешан ПЦБ са мешаним сигналом постиже:

• Izolacija: Одржавање аналогних сигнала без дигиталне буке кроз распоред, подземно подељење или заштитне прстење.
• Поуздана конверзија: Обезбеђивање ваше АДЦ-а (нпр, 12-битно или 16-битно) и ДАЦ-а испоручују тачне, ниско-життер података користећи чисту расподело часовника мрежама и оптимизованом одвајању.
• Контролисана импеданца: Примена 50 Ω једнокраних или 100 Ω диференцијалних линија за трагове високе брзине података користећи микроположеве, стриплине или копланарне структуре таласног вођа.
• Ефикасна мрежа за испоруку енергије (PDN): Утјецавање таласа и одржавање стабилног напона са одговарајућим кондензаторима за одвајање и дизајном струје.
• Заштита и управљање ЕМИ: Коришћењем зашивања, бакарних залива или Фарадејевих кавеза у кључним осетљивим подручјима.

3. Уколико је потребно. Кључни изазови интегритета сигнала у побољшању ПЦБ са мешаним сигналом

Проектирање чврстог пЦБ са мешаним сигналом је деликатан акт балансирања: захтева пажљиву оркестрацију аналогне осетљивости и неумочну активност дигиталне логике на заједничком субстрату. Како се брзине података повећавају и густине плоча повећавају, обезбеђивање снажног интегритет сигнала (СИ) постаје не само изазов, већ и неопходан. У наставку ћемо разговарати о главним препрекама интегритета сигнала које сваки дизајнер ПЦБ-а са мешаним сигналом мора решити како би испоручио поуздане производе високих перформанси.

1. у вези са Кросстоцк и бука за спајање

Када су аналогне и дигиталне траге у близини, посебно на дугим паралелним дужинама, брзо мењајући дигитални сигнали убризгавају буку у осетљиве аналогне линије кроз међусобну капацитанцу и индуктанцу. međusignali - Да ли је то истина? У пројектима високе брзине, то може изазвати значајну грешку у аналогним мерењима или оштећене податке. Смаран диференцијално рутирање пара и неповредљиве импедансе погоршавају овај проблем.

2. Уколико је потребно. Земљоскоп и земљоскопске петље

Земљни одскок настаје када се високобрзи дигитални излази истовремено прелажу, узрокујући изненадне промене наземног напона. Ове помере (излаз истовременог преласка, или ССО) посебно су проблематичне када аналогни и дигитални секције деле све или део површине. Ово резултира не само цифралним грешкама у временском решавању, већ и поремећавањем референтних напона за аналогно-цифрне конверторе, оперативне појачаре и осетљиве сензоре.

Земљине петље се јављају када постоје више путања повратка на земљу, формирајући нежељене "антене" које могу да уносе бучење, осцилације или прихватање ЕМИ околине. Ово чини стратегије за заземљавање како пажљив распоред и једноточка површина са земљомкритичан за плоче са мешаним сигналом.

3. Уколико је потребно. Шум из дистрибутивне мреже за електричну енергију (PDN)

Флуктуације на ралицама за напајање, узроковане брзим оптерећењима преласка (цифрне ИЦ-е, управљачи са часовником), могу генерисати таласе и избијања буке која се директно повезују са аналогним линијама за снабдевање или аналогним референтним улазима Ако кондензатори за одвајање су недовољни, погрешно постављени или имају лоше ЕСР карактеристике, квалитет енергије страда. Нестабилан ПДН не само да подрива СИ, већ и угрожава резолуцију АДЦ-а (узрокује джитр, губитак СНР-а, па чак и функционалне грешке).

4. Уколико је потребно. Дисконтинуитет импеданце и поремећај повратног пута

Високобрзи дигитални сигнали се понашају као контролисане импедансне преносне линије (обично микрополоска или стриплине), а било који прекидкао што је лоше дизајниран пут, коннектор или подељена снага / површина земљепоставиће одражаје сигнала, стајале таласе и неисправност импеданце - Да ли је то истина? Слично томе, повратни путеви за аналогне и дигиталне сигнале морају бити кратки, директни и без подељавања или стубова, иначе рефлексије и губитак сигнала се деси.

Таблица: Уобичајене поремећаје и њихови ефекти

5. Постављање Изузиви ЕМИ/ЕМЦ

Електромагнетне интерференције (ЕМИ) и електромагнетне компатибилности (ЕМЦ) представљају свеобухватне изазове, посебно у распоредима са мешаним сигналом. Брзонапредне дигиталне кола делују као ЕМИ емитери, док су аналогни сензори, РФ улази и АДЦ рањиви жртве. Неодговарајуће штитивање , лош распоред авиона и недостатак преко шивања могу претворити плочу у антену за емитовање, ризикујући неуспелу регулаторну сертификацију.

6. Постављање Проблеми са временом сигнала и часовником

Неизмерно расподело часовника или прекомерно ђитр са часовником може створити погрешне распореде времена (склоност) између домена, узрокујући непредвидиву латентност, метастабилност и грешке у стробирању података, посебно током прелазак домена часовника - Да ли је то истина? АДЦ и ДАЦ су посебно ранљиви на буку са часовником и джиттер, који смањују ефикасну гумасту трајање и тачност.

7. Недостатак симулације и прелајута

Модерна сложеност ПЦБ-а чини опасно да се винг без посвећеног Симулација СИ и интегритет снаге (ПИ) анализе. Симулациони алати (као што су ХиперЛинкс, Ансис СИваве, Кисисит АДС) омогућавају дизајнеру да предвиди и исправи суптилне проблеме као што су неисправности дужине, прекиди повратног пута, паразитни капацитанс и топлотне горе

4. Уколико је потребно. Најбоље праксе и кључне разматрање

Проектирање пЦБ са мешаним сигналом са неисплаћеним интегритет сигнала узима нијансиран, холистички приступ. Свака одлукаод реда спајања до дистрибуције енергијеможе утицати на коначну перформансу плочеу стварној употреби. У овом одељку ћете открити основне, корисне најбоље праксе које се баве и темељима дизајна и напредним техникама за аналогну/дигиталну интеграцију.

1. у вези са Рано сегрегација савета за план

Јасна функционална раздвојеност је витална. Одредите посебне области за аналогни ПЦБ и дигитални ПЦБ циркути током схемског уласка и распореда плановања спрата. Физичка удаљеност знатно смањује спајање буке, повлачење са земље и прелазак између домена. Правило: никада не покрећу дигитални сат или сигнале података велике брзине испод или у близини осетљивих аналогних компоненти.

Кључне акције:

• Поставити АДЦ, сензоре и аналогне појачаре што је могуће даље од осцилатора, ФПГА, регулисача и високофреквентних кристалних извора.
• Оријентишите велике дигиталне аутобусе података тако да су перпендикуларни на критичне аналогне сигналне путеве како би се ограничило капацитивно спајање.

2. Уколико је потребно. Оптимизујте своје ПЦБ складиштење

ПЦБ-насклађивање утиче на све, од ИМИ имунитета до контроле импеданце. Прихватајте структуру слоја која помера слојеве сигнала велике брзине између чврсте, непокретне земље (и, где је потребно, снаге). Ово не само да ствара контролисане импедансне преносне линије, већ и омогућава кратке, директне повратне стазе за брзе транзитивне струје.

3. Уколико је потребно. Учествујте у стратегијама за заземљавање

Земљивање је темељ интегритетног сигнала. Уопштено, постоје две школе мишљења:

• Једноточко (звездно) поље: Специјално уједињење повезује аналогне и дигиталне повратке на контролисани начин посебно ефикасан за ниско- и средње фреквентне дизајне.
• Непрекидна површина земље: За пројекте са већом брзином/фреквенцијом, чврста, суседна бакарна равна плоска са пажљивом сегментацијом (ако је потребно) нуди најкраће повратне путеве и најнижу генерацију ЕМИ-а.

Најбоље технике за заземљавање за плоче са мешаним сигналом:

• Избегавајте заземљене петље обезбеђивањем једне повратне стазе за сваку функцију кола.
• Не раскидајте копнене авионе капризно. Само се подели ако је апсолутно неопходно, и увек се придружују у једној, ниској инпедансној тачки испод АДЦ-а или главног конвертера.
• Користите заштитне прстење или бакарне заливе око аналогних линије високе импеданце и критичних аналогних кола како би их даље заштитили.

4. Уколико је потребно. Контрола импеданце и употреба диференцијалног рутинга пара

Високобрзи дигитални трагови морају бити усмерени као kontrolisana impedansa линије, прилагођене захтевима интерфејса (50 Ω једновршног, 100 Ω диференцијалног типичног). То свежа рефлексије сигнала и стајајући таласи. За диференцијално сигнализовање (Етернет, ЛВДС, УСБ, ХДМИ), одвој трака и усаглашавање дужине су од суштинског значаја.

5. Појам Обезбедите стабилну дистрибуцију и одвођење енергије

Ваше мрежа за дистрибуцију енергије (PDN) заслужује озбиљан инжењерски рад.

• Користите одвојене регулаторе или филтриране домене за аналогне и дигиталне пруге. ЛДО-ови са ниском буком (линеарни регулатори) за аналогне, регулисачи за прекидање (SMPS) за дигиталне оптерећења, филтрирани по потреби.
• Стратешки постављајте кондензаторе за одвајање (укључујући вишеструке вредности за филтрирање високе/ниске фреквенције) што је могуће ближе пиновима за напајање ИЦ-а. Изаберите кондензаторе са ниским ЕСР-ом и користите мешавину керамичких МЛЦЦ (0,01 мКФ, 0,1 мКФ, 1 мКФ итд.).
• Употребити феритне биљке или мали изолациони индуктори између аналогних и дигиталних равнаца/рељака.

Пример табеле за одвајање

6. Уколико је потребно. Приоритетно управљање ЕМИ/ЕМЦ

Примјењати вишеслојни приступ:

• Користите штитне конзерве и метални корпуси за аналогне и РФ секције са високим ризиком.
• Путем шивања (редовно распоређени заземљени путеви) око аналогних секција и дуж ивица плоче блокирају повратне струје, смањујући ЕМИ упропаст.
• Пажљиво рутирање сатова : Пореке са часовником треба да буду кратке, одвођене од аналогних подручја и заштићене суседним траговима или равнима. Избегавајте да се сателити прелазе кроз расколоване или подељене области земље како би се спречило зрачење.

7. Проверка са алатима за симулацију и проверкама ДФМ-а

Не гађај се! Употреба Симулација СИ и PDN анализатор алати (као што су ХиперЛинкс, Ансис СИваве, Каденце Сигрити, или уграђени алати у Алтиум/ОрЦАД) за процену:

• Дијаграми сигналног ока
• Прогнозе за прекослушник
• Интегритет повратног пута
• Сила и таласни удар на земљишту
• Тхермалне гореће тачке/управљање

5. Појам 12 корака за оптимизовани ефикасан дизајн ПЦБ са мешаним сигналом

Овладавање интегритет сигнала са практичним, корак по корак процес је у срцу дизајнирања пЦБ са мешаним сигналом који се поуздано обављају под ограничењима стварног света. У наставку ћемо прегледати 12 доказаних корака, од којих сваки одражава најбоље праксе у индустрији, уобичајене замке и корисне инжењерске мудрости.

Корак 1: Рано одвојите аналогне и дигиталне секције

1.1 Идентификујте аналогне и дигиталне домене

• Прегледајте свој шема категоризирати компоненте као чисто аналогни, дигитални или мешани сигнал (као што су АДЦ, ДАЦ, ЦОДЕЦ).
• Напишите функцију сваког кола: ниско бучна аналогна, дигитална логичка, брза часовина итд.

1.2 Стратешко постављање

• Fizički изоловати аналогне и дигиталне области на плановима ПЦБ-а.
• Направљајте аналогне сигнале далеко од дигиталних аутобуса и избегавајте рутирање дигиталних трагова испод аналогних ИЦ-а.
• Користите сидке или бакарне ознаке да бисте означили границе, како бисте помогли у монтажу и решавању проблема.

Корак 2: Изаберите компоненте са одговарајућим интерфејсима

Када се интегришу различити подсистеми, избор правог интерфејс протокола побољшава и извршавање и интегритет сигнала .

Уобичајени интерфејс и најбољи случајеви употребе

Корак 3: Побољшавање функционалности АДЦ-а за тачна мерења

3.1 Изаберите право АДЦ за задатак

• Размисли кључне спецификације АДЦ-а : Разложеност (12, 16, 24 бита), СНР, ТХД, максимална брзина узорка, инпиденција улаза, стабилност референтног напона.
• Изаберите архитектуру која одговара апликацији: SAR, Sigma-Delta или Pipeline ADC.

3.2 Дају стабилне сатове и изоловају изворе буке

• Користите осцилаторе са ниским тресењем. Цлоцк життер деградише ефикасан број бита (ЕНОБ) у високобрзим АДЦ-у.
• Физички изоловати трагове са часописа од бучних дигиталних аутобуса.
• Одвојити напон АДЦ са кондензаторима са ниским ЕСР-ом.

3.3 Држите референтне напоне чистим

• Поставите референтне кондензаторе (10100 уФ, плус 0,1 уФ керамике) близу АДЦ Вреф пина.
• Заштитни прстени око референтних линија додатно смањују вучење буке.

Корак 4: Проектирајте ефикасан ПЦБ-насклађивање

Пажљиво дизајниран ПЦБ-насклађивање формира кичму успеха са мешаним сигналом.

• Позициони високобрзи слојеви сигнала суседне чврстим референтним равницама.
• Избегавајте раздвајање земљишта или мощностних авиона под усмереним сигналима.
• Одржите симетрију у стеку како бисте минимизирали лук / варп и подржали супресију преласка.

Корак 5: Уведите ефикасне стратегије за заземљавање

• Уједињена точка између аналогних и дигиталних основа (обично на АДЦ-у).
• Користите чврсте, широке бакарне заливе/луке за земљишне путевеминимизирајте отпор и индуктанцију.
• Посао трагове чувара и бакар се сипа око осетљивих аналогних сигнала.

Корак 6: Оптимизација дистрибуције и одвајања енергије

6.1 Користите специјална снабдевања струјом

• Одвојене аналогне и дигиталне шине. Употребити ЛДО за аналогну, прелазак/ферит филтрирање за дигиталну.
• Добављање АДЦ-а и других високопрецизних компоненти са најчистије могуће шине.

6.2 Одвојивање кондензатора за филтрирање буке

• У сваком ИЦ-у се поставља комбинација високофреквентних (0,010,1 μF) и бук-машинских (110 μF) МЛЦЦ-а.
• Минимизирајте површину петље тако што ћете трагове од капи до пина задржати што су краћи.

Корак 7: Ефикасно рутирајте аналогне и дигиталне траге

• Никада не прелазите аналогне и дигиталне траге очување слојеног, одвојеног рутинга.
• Избегавајте да се брзим траговима прелази преко повратних струјских пречица или празнина у земљишту.
• Успореди дужине трага за пар високобрзине / диференцијала; користите импедансне калкулаторе за прецизне ширине.

Корак 8: Уведите стратегије топлотне управљања

• Упознати компоненте које генеришу топлоту (регулатори, диривери високе струје, процесори).
• Употреба термички вијаци и специјални бакарни заливи (термални пади) за привлачење топлоте до унутрашњих или супротних слојева.
• Размислите о напорном ваздуху, грејачима или чак уграђеном баку ако је густина енергије висока.

Корак 9: Синхронизујте расподелу часописа у побољшању дизајне мешаних сигнала

• Раширите сатове са ниско-сквитом буфером.
• Руте часовници користе кратке, директне трагове, заштићене од копнених авиона.
• Избегавајте трагове сатова на подељеном земљишту одржавајте континуиране референтне равнице.

Корак 10: Укључите штитило за управљање буком

• Употреба Фарадејеви кавез , металне штитне канте или чврсте бакарне кутије за посебно осетљиве на буку аналогне/РФ секције.
• Зашијте густо заземљене жице око заштићених подручја и дуж ивица плоче.

Корак 11: Симулирајте дизајн вишеслојних ПЦБ са мешаним сигналом

• Употребити СИ/ПИ симулационе алате (ХиперЛинкс, Ансис СИваве, Киссајт АДС, Алтиум Дизејнер СИ) за анализу:
  • Продолживност импеданце
  • Дијаграми очију и нервоз
  • Pulsačna napetost
  • Ослобођености повратног пута и крстог звука

Корак 12: Припремите и преузејте производне датотеке

• Прегледајте и завршите цртање спаљања, кључне материјалне спецификације (нпр. debljina bakra , диелектричне константе, преко типова).
• Обезбедити контрола импедансе и клипови из теста су јасни у Герберу.
• Додајте анотиране референце за штит, путем шивања и топлотне путеве.
• Укључити свеобухватну листу мрежа и функционални приступ тестовима за обе домене.

6. Уколико је потребно. Разумевање трака и њиховог утицаја на интегритет сигнала

Вије мање вертикалне везе које повезују слојеве у пЦБ са мешаним сигналом честа су занемариване као кривник сиромашних интегритет сигнала - Да ли је то истина? Међутим, док се брзине часописа пролазе преко стотина МГц или чак у опсег ГГц, структура има све драматичнији ефекат на све, од импеданце преносне линије до прекоречног говора и повлачења на земљу. За снажне високобрзе или аналогне перформансе, разумевање и оптимизација кроз карактеристике су од суштинског значаја.

Типови жија и њихова улога у плочама са мешаним сигналом

Виаси долазе у различитим форматима, од којих сваки има специфичан утицај на квалитет сигнала:

Утицај индуктивности и капацитанције

На типичном пЦБ за брзе производње , путем индуктивности и капацијент су заједнички познати као паразитски елементи ненамерни нежељени ефекти који искривљују сигнале брзе ивице. Ови ефекти су посебно проблематични у kontrolisana impedansa (нпр. 50 Ω једнокрајни, 100 Ω диференцијални) окружења.

Кључни ефекти:

• Индуктивност паразита узроци:
  • Повољније ивице, високофреквентно одвијање
  • Отражања, превазилажење сигнала и звоно
• Паразитни капацитанс узроци:
  • Локални пад импеданце, искривљење на брзим ивицама
  • Повећана прелазна струја између пролаза или саседних равнаца

Пример: 10 Гбитс линије података

Тхеа са 1 мм стуб (незаврзан реп унутар ПЦБ-а) може увести резонансу на неколико ГГц, озбиљно искривљавајући серијски сигнал од 10 Гбит / с. Узимање или скраћивање тог стаб (преко ретро-бриљања или коришћење слепих микровија) враћа амплитуду сигнала, ширину ока и времевицу у опсеге.

Стратегије за оптимизацију и интегритет сигнала

Оптимизација коришћења је једна од најважнијих одлука у ПЦБ-у за брзе и мешане сигнале. Ево кључних најбољих пракса:

• Минимизирајте преко бројања дуж свих критичних брзиних или осетљивих аналогних трагова.
• Користите микровије или кратке слепе жице уместо дугих пролазних жица на GHz+ путевима.
• Избегавајте преко стубова :

• • Када је могуће, користите ретро бушење да бисте уклонили вишак преко буре испод активног слоја.
  • Или ограничите преко прелаза на слој-на-слој без сирочаног репа.

• Оптимизујте путем постављања :

• • Одржите симетрију у диференцијалним парима.
  • Држите брзине у близини референтних земаљских путева (преку шивања) како бисте минимизирали површину петље и подржали повратне путеве.

• Блискост са копненим равнима : За дигиталне и мешане сигнале, увек ставите земљу преко сваке сигнале преко, смањујући ризик од излучене ЕМИ.

Таблица: Преко смерница за оптимизацију

Разматрања однос аспекта за производњу и СИ

Однос аспекта (преко дубине рупе до пречника) утиче и на производњу и квалитет сигнала. Високи однос страна чини плитање непоузданим (ризик за празнине или отворене буре) и подиже преко импеданце, посебно у дизајну ХДИ-а.

• Препоручени однос стране: ≤10:1 за стандардну пролазну рупу; много нижа за микровије
• Употреба: За ПЦБ дебљине 1,6 мм, најмање 0,16 мм (6,3 мили) путем бушење дозвољава сигурно платерирање

Пример случаја: Микровија против пролаза на серијској брзини

Телекомуникациони дизајнер који је интегрисао 12-слојни мешани сигнал заменује старо пролазнице на 6,25 Гбит/с пар СерДес са задњим бушење слепих микровија. Дијаграм очију је пао за 31%, прекоречни говор (на 5 Гц) је подељен на пола, а дизајн је прошао прво коло ЕМИ тестирања доказујући директну СИ корист модерне стратегије.

Резюме најбоље праксе

• Изаберите типове и структуре на основу интегритет сигнала захтеви, производња и постављање плоча.
• Симулирати (користећи Ансис СИваве, ХиперЛинкс или Алтиумс СИ алате) било који ризик од спајања, резонанце или рефлексије, посебно на линији изнад 500 Мбитс или критичних аналогних сигнала.
• Увек уравнотежите потребе СИ са ДФМ повратним информацијама од произвођача ПЦБ-а за поуздане конструкције.

7. Стратегије за површину земље за ПЦБ са високим брзинама и мешаним сигналом

Правилно дизајниран ravni reflektor је тихи чувар интегритета сигнала у сваком високог перформанса пЦБ са мешаним сигналом - Да ли је то истина? Како се дигиталне брзине повећавају и аналогна прецизност повећава, земаљски систем постаје критичан пут повратка за сваки сигнал, штит против ЕМИ-а и референца нуло-волт за сва аналогна и дигитална мерења. Међутим, невидљиве грешке у распореду површине земље могу тихо саботирати чак и најсавременије пројекте.

Улога површинских равнаша у ПЦБ са мешаним сигналом

У оба аналогни ПЦБ и дигитални ПЦБ у подсистемима, површина земље има три основне функције:

• Пут повратка сигнала: Обезбеђује ниску импеданцу, директне руте између извора и оптерећења за високобрзе дигиталне и осетљиве аналогне сигнале.
• Супресија ЕМИ: Обезбеђује континуиран штит који апсорбује и садржи зрачене емисије, ограничавајући и унутрашњи прелаз и пријем спољних интерференција.
• Референтна стабилност: Одржи конзистентну референтну напон, од кључне важности за интеграцију АДЦ-а и прецизна аналогна мерења.

Најбоље праксе за имплементацију површине земље

1. у вези са Користи чврсту, непокретну површину

• Посветите цео слој (или слојеве) непрекидном земљишту.
• Избегавајте резање, растрљање или сегментирање овог авиона под траговима сигнала.
  • Činjenica: Сваки слот или прекид у земљишној равни под брзином трага снага враћа струје да се окрећу, драматично повећавају површину петље, ЕМИ и подложност буци.
• Поставите високобрза и високорезолуциона аналогна кола директно изнад њихове референтне темеље, скраћујући повратне петље и минимизирајући паразитску индуктивност.

2. Уколико је потребно. Одвојите аналогне и дигиталне темељеСа дисциплином

• За многе ПЦБ са мешаним сигналом, мудро је логично (не увек физички) одвојене аналогне и дигиталне теме, повезујући их на једном звездни тачка често директно у АДЦ или ДАЦ. Ово спречава бучне дигиталне повратке на земљу од загађивања аналогних референци.
• Користите физичке поделе само ако је потребно ; никада се не раздвајају без разлога и увек обезбеђују мостове ниске импедансе на кључним преображајним/интерфејс тачкама.
• Избегавајте дуге паралелне траке аналогних и дигиталних тракова на земљи који могу да делују као антени.

3. Постављање Зашивање Земљих авиона са Виасом

• Употреба путем шивања око заштићених зона, ивица плоча и поред високобрзних сигналних путева. Уско распоређени (≤2 мм) заземљени пролази обезбеђују ефикасно обуздавање ЕМИ и затежу повратну петљу сигнала.
• За диференцијалне или брзине парова који прелазе равни, уверите се да постоје заземљени канали који су на странама сигналних канала за исправно усмеравање текуће повратне струје.

4. Уколико је потребно. Користите вишеслојне основне плоче за критичне апликације

• ПЦБ са више слојева (нпр. 4, 6 или више слојева) увек треба да имају више од једне површине за повратак ниске импеданце и додатну заштиту. Размислите о приступима са два површинска равна која флангирају сигнални слој.
• Пример за спајање:  
  • Склад 2: чврста основа за дигитално
  • Склад 4: Аналогна основа (поврзана на звездној тачки АДЦ-а)
  • Склад 6: Шасија или заштитна основа (за кутије или РФ апликације)

Практичне смернице за површину земљетаблица

8. Постање Интегритета енергије: обезбеђивање чисте мреже за испоруку енергије

Дизајн за чврсте интегритет снаге (ПИ) није само о испоручивању напона вашим уређајима, већ о осигурању да сваки осетљив аналогни фронт-енд, сваки брзи дигитални сигнал и сваки прецизни конвертор увек прима безшумну, стабилну снабдевање под било којим условима оптерећења у стварном свету. У дизајну ПЦБ-а са помешаним сигналом, дистрибуција енергије стратегије су сваку критичну за интегритет сигнала као заземљавање и контрола импеданце.

Зашто је интегритет енергије важан у ПЦБ-овима са мешаним сигналом

Шумна или слаба мрежа за испоруку енергије (PDN) може да поткопа најбољи аналогни или дигитални распоред. Размислите о следећим стварима:

• Сила снабдевања таласни може пар директно у Интеграција АДЦ-а , смањујући ефикасну резолуцију и СНР, и узрокујући джитце на часовничким интерфејсима.
• Прелазни пада (земљан падања) од брзог дигиталног преласка стварају земљни одскок или крос-тацк, које аналогна кола могу појачавати или демодулирати.
• Недовољно кондензатори за одвајање или лоше постављени оптовари кондензатори могу дозволити да се напетост колеба или звон, потенцијално оштећујући логичка стања и читања сензора.

Стратегије за испоруку чисте енергије

1. Постављање Одвојене аналогне и дигиталне домене снаге

• Користите различите аналогне и дигиталне шине, где год је то могуће. Надајте аналогну домену од линеарних регулатора са ниском буком (ЛДО), док високоефикасна прелазна снабдевања (СМПС) могу служити дигиталним доменима.
• За критичне сензоре или АДЦ-е високе резолуције додајте додатни аналогни филтер за снабдевање (ЛЦ или феритни зглоб + кондензатор).
• Физички подељени аналогни и дигитални енергетски плодови или залијеви за даље изоловање осетљивих делова.

2. Уколико је потребно. Користити ПДН анализу и циљеве импеданце

• Дефинишите и симулирајте свој ПДН са PDN анализатор алати (ХиперЛинкс, Кисисит АДС, Ансис, итд.) како би се осигурало да сви чипови добијају стабилан напон на свом максималном степену оптерећења.
• Уведите циљне импеданце (Z_target) за сваку шину. За модерну логику (1.2В, 1.8В, 3.3В шина), ово може бити ниско од 1020 мΩ за путеве високе струје.

3. Уколико је потребно. Поставка кондензатора за раздвајање слојева

• Уколико је могуће, узорак се може померити на један од следећих начина:
• Употреба већих кондензатора (10 μF, 22 μF, тантал или керамика) распоређених у близини група ИЦ-а или на улазу струје.
• За високобрзне дигиталне интегралне кола (FPGA, MCU, DDR), користите додатну локалну декоплирање како бисте смањили шум од истовременог преласка (SSO).

Пример: Таблица декоплирања кондензатора за ПЦБ са мешаним сигналом

4. Уколико је потребно. Минимизирајте импеданцу и резонанцу силоне плонице

• Максимално повећање дебелине бакра (≥ 1 унца/фт2) и површине за критичне аналогне шине за низак отпор.
• Држите плоске облике једноставним и непокретним. Избегавајте уско врато или гране које повећавају локалну импеданцу.
• Упутство кратких, широких трагова од извора (регулатора) до оптерећења, без проласка кроз зоне са високом буком.
• Избегавајте преклапање брзе траге сигнала преко бучних или подељених енергетских авиона кад год је то могуће.

5. Појам Феритни бисери, ЛЦ филтери и изолација

• Додавање феритних биљака на аналогне улазе на шини да би се блокирала бука дигиталног преласка (нпр. бука MCU језгра, кола за часовни рад).
• Користите филтере за ЛЦ Пи мрежу за ултра ниско буке АДЦ шине или узбуђење сензора.

Студија случаја: Фиксација буке АДЦ-а у плочи са мешаним сигналом

Индустријски модул сензора ИОТ-а је показао случајне шире аналогних одчитака када је бежични преносивач покренут високобрзи пренос података. PDN анализа открила је да се високе струје преласка повезују кроз заједничку релку од 3,3 В, што утиче на референцу АДЦ-а. Након додавања феритне бисере, додатног локалног одвајања и одвајања аналогног ВРЕФ-а од дигиталног ВЦЦ-а, АДЦ СНР се побољшао за 22 ДБ и бучни врхови су потпуно нестали.

9. Дизајн за производњу и сарадњу са произвођачима

Без обзира колико су софистицирани пЦБ са мешаним сигналом дизајн или колико темељно ваш интегритет сигнала уколико се не спроведе много симулација, успех ваше плоче у крајњој мери зависи од тога колико добро може бити изграђен, тестиран и монтиран од стране изабраног произвођача. Проектирање за производњу (DFM) и уметност сарадње са произвођачима ПЦБосигурава да се све ваше СИ амбиције без проблем преведу у прави, поуздани хардвер.

Зашто је ДФМ критичан за успех ПЦБ и СИ са мешаним сигналом

Модерни ПЦБ са мешаним сигналом често користе компоненте финог звука, ХДИ спаке-уп, прецизну контролу импеданце, густе масиве и захтевне распореде снаге / земље. Ако ваш дизајн не даје квалитетне конструкције у величини или рутински захтева прераду због непроизводивих карактеристика, сви ваши напори за интегритет сигнала су изгубљени.

Кључни DFM разматрања за пројекте са мешаним сигналом и брзином

1. у вези са Наградња и доступност материјала

• Проверите своју планирано ПЦБ стек-у са својим произвођачем пре постављања бравапопитајте о постижимом броју слојева, минималној диелектричкој дебљини и тежини бакра.
• Користите материјале са фабричким акцијама (ФР-4, Роџерс, ламинирани са ниским губицима) који испуњавају ваше СИ циљеве за контролисану импеданцу, низак прелаз и високу изолацију.
• Потврдити симетрију стека (да би се смањило искривљење), посебно за плоче за брзе и HDI плоче.

2. Уколико је потребно. Преко врста, односа аспекта и ограничења бушилице

• Подели свој пројекат путем захтева (пролаз кроз рупу, микровију, слепи/погребан) и осигурајте да ваш дизајн одговара ФАБ могућностима.
• Уколико је потребно, примењује се и за регенериране регенериране регенериране регенериране регенериране регенериране регенериране регенериране регенериране регенериране регенериране регенериране регенериране регене
• Минимизирајте "специјалну обраду" (нпр. стабс за повратно бушење) осим ако није апсолутно потребан за СИ, јер то повећава трошкове и може смањити принос.

3. Уколико је потребно. Контрола импеданцеОд симулације у стварност

• Комуницирајте импеданце циља за све преносне линије (50 ОМ, 100 ОМ диф, итд.) и референце за вашу геометрију спајања у вашим Фаб напомена.
• Молите за купоне за тестирање или проверу импеданце у процесу да бисте проверили да ли ће критичне мреже задовољити спецификације.
• Потврдите способности фабрике за прецизно градење, платовање и диелектричку контролу.

4. Уколико је потребно. Дебљина бакра, прстенски прстен и ширина трага/растојање

• Поставите своју ширину трага/растојање и дебљину бакра на основу ИПЦ смерница и ограничења произвођача.
  • За осетљиве аналогне и трагове снаге, размислите о употреби бакра ≥1 унца/ф2 за снажан ПИ и низак пад напона.
• Уверите се да прстени око виаса (за поузданост платина) испуњавају минималне услове произвођача.
• Проверујте минималне просветљења за лемљиве маскепосебно у густим подручјима са мешаним сигналом и БГА.

5. Појам Доступ до тестова и сонда

• Укључите тестове на аналогним и дигиталним чворима; сарађујте са својим монтажором како бисте проверили да ли уређаји могу да стигну до свих критичних мрежа без сусрета са високим компонентама, коннекторима или кутијама за штит.
• Проектирање за тестирање у колама и функционално тестирањеове способности често ухватију СИ или грешке у монтажу.

Ефикасна сарадња са произвођачима ПЦБ-а

• Расподели рано и често: Додајте стек-ап, импеданце циљеве, кључне распореде, и густине мапе вашем произвођачу чим је могуће.
• Захтев за преглед ДФМ-а: Позовите повратне информације о било којим црвеним заставама (нпр. немогуће је изградити кроз конструкције, ограничена пролазна места од бакра, изазови у управљању топлотом).
• Питајте о процесима са додатом вредношћу: Неки произвођачи нуде интерну симулацију СИ, аутоматизовану верификацију листе мрежа или напредна испитивања/инспекције (као што су рентгенски зраци за ХДИ).
• Заједно прегледајте повратне информације о прототипу: Проверите прве чланке заједно за дефекте лемпера, неочекивану капацитанцију / индуктанцију или СИ / ЕМИ гореће тачкеи итерацију по потреби пре повећања.

Проверни список за сарадњу ДФМ и произвођача

Пример из стварног света: Фиксирање приноса производње са ДФМ-ом

Бежични ИОТ хаб са ПЦБ-ом са 10 слојева мешаних сигнала није успео у тестирању импеданце на диференцијалним УСБ линијама током првог производње. Основни узрок: неодобрана замена за одређени препрег са ниским нивоом Дк узроковала је да се тражна импеданца помера са 100 Ω на 115 Ω, не испуњавајући услове. У сарадњи директно са произвођачем, валидацијом свих материјала и додавањем документације за складиштење у Гербер фајловима, дизајн је прошао и СИ и ЕМИ / ЕМЦ тестове у следећој партијидоносећи 100% приноса.

десет. Испитивање поузданости ПЦБ са мешаним сигналом

Точни тестирање је последња заштита за пЦБ са мешаним сигналом kvalitet I интегритет сигнала - Да ли је то истина? Чак и најпетажно дизајниране плоче могу имати дефекте у производњи, проблеме са SI или непредвиђене ранљивости у стварном свету. Прихватајући свеобухватне стратегије валидације које се баве аналогним и дигиталним подсистемима, штитите функционалност, у складу и дугорочну поузданост вашег производа.

Зашто је критично да се све детаљно испита

ПЦБ са мешаним сигналом јединствено интегришу аналогну осетљивост и високобрзо дигитално прелажење, стварајући тестно окружење у којем чак и мање интерференције или паразитски ефекти могу изазвати грешке на нивоу система. Неоткривени проблеми као што су одскок са земље, пролазници снаге или трчање са часовником могу да покваре месечне напоре пројектовања и поткопају чврстоћу поља.

Кључне врсте испитивања за ПЦБ-е са помешаним сигналом

1. Постављање Тестирање функционалности

• Намерена: Процјењује да и аналогна и дигитална кола обављају пројектне спецификације.
• Metode:  
  • Утицање познатих аналогних сигнала и проверавање АДЦ/ДАЦ преносних функција за линеарност, СНР и ТХД.
  • Користите логичке анализаторе и протокол тестере за верификацију дигиталних шина (СПИ, И2Ц, ЦАН, УСБ, ХДМИ) за исправно време, пренос без грешака и усаглашеност протокола.
  • Употребити обрасце за повраћање и самопровербе у фирмверу за иницијализацију на нивоу плоче.

2. Уколико је потребно. Тестирање стресне ситуације у окружењу

• Намерена: Открива латентне дефекте или СИ рањивости под температуром, влажношћу и вибрацијама.
• Metode:  
  • "Снажног капацитета" (СН)
  • Испитивања влажности, посебно критична за аналогну предњу/крајну или брзине И/О који су изложени окружењу.
  • Вибрација и симулација ударапраћење за губитак сигнала, одскок са земље или проблеме СИ везане за конектор.

3. Уколико је потребно. Испит у складу са ЕМИ/ЕМЦ

• Намерена: Уверава да су емисије и осетљивост плоча у регулаторним границама (ФЦЦ, ЦИСПР, аутомобил, медицински, итд.).
• Metode:  
  • Излучне емисије: Скенерска плоча у анехојској комори за мерење ЕМИ-а од бучних сатова, брзе линије података и домена енергије.
  • Проводио емисије: Процени да ли је бука се убризгава на линије струје од плоче.
  • Испитивање имунитета: Пуцање плоче са РФ енергијом или ЕСД импулсима и потврда стабилног аналогног / дигиталног рада.

Уобичајено опрема за тестирање ПЦБ са мешаним сигналом

Радни ток за тестирање најбоље праксе

• План тестових тачака у распореду: Укључите и аналогни и дигитални приступ тестирању осигурање неразређених подручја за осцилоскоп, логичку сонда или МР мерење.
• Извршите симулације SI/PI пре производње: Проверујте критичне мреже у виртуелном прототипу пре него што се посветите хардверу.
• Прототип, дебаг и документ: Анализирајте ране компилације на неисправности у СИ (затварање очију, нервозност, бука) и региструјте коренски узрок / кораке за корективну акцију.
• Извршити темељно тестирање у складу са: Чак и производи који нису класификовани имају користи од ЕМИ/ЕМЦ тестирања, које често откривају непредвиђене проблеме СИ узроковане недостацима у распореду, заземљавању или штитовању.
• Мониторирајте током почетног распоређивања: Реална повратна информација из поља је непроцењива за континуирано валидацију СИ, посебно када апликације укључују промену окружења.