Über High-Speed-PCB-Design, Heute verwenden die meisten elektronischen Geräte, manchmal sogar einfache, integrierte Schaltkreise, die mit sehr hohen Geschwindigkeiten arbeiten können. Diese Geräte erfordern eine sorgfältig entwickelte Hochgeschwindigkeitsplatine, um korrekt zu funktionieren.
Bei der Konstruktion einer solchen Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte gibt es eine Vielzahl von Faktoren und Parametern, die genau ausgewählt werden müssen, um sicherzustellen, dass das Design auf Anm und Stelle funktioniert.
In diesem Artikel werden wir Sie beim Entwerfen einer Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte und allem, was Sie dabei berücksichtigen müssen, unterstützen.
1、Was ist das High-Speed-PCB-Design?
Wann immer Sie Signale auf einer Leiterplatte haben, die Hochgeschwindigkeits-Kantenraten haben, werden sie dann von winzigen Faktoren im PCB-Layout abhängig. Diese Signale können an Integrität verlieren und werden von physikalischen Parametern wie Platinenstapel, Impedanz, Schleifenbereich, allgemeinem Design und Gehäusetyp beeinflusst.
Daher wird ein PCB-Designprozess, der optimiert ist, um die Signalintegrität für diese sich schnell ändernden Signale beizubehalten, als Hochgeschwindigkeits-PCB-Design bezeichnet.
Ein Hochgeschwindigkeitsdesign verwendet hochwertige Leiterplattenmaterialien mit enger Faserverwicklung und engen Toleranzen und kontrollierter Impedanz.
High-Speed-Designs würden auch versuchen, kleine Komponentenpakete wie BGA, LGA, MSOP usw. anstelle von größeren Paketen zu verwenden.
Bild 1: Ein Mikrocontroller mit Spuren, die an einen externen Anschluss gehen
2、Herausforderungen beim Hochgeschwindigkeits-PCB-Design
Im folgenden Abschnitt werden die wichtigsten Designherausforderungen bei der Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten beleuchtet.
2.1 Toleranzen
Da selbst minimale Pcb-Eigenschaften das Signalverhalten beeinflussen können, muss Ihr Hersteller enge Toleranzen haben.
Dies sind Toleranzen, die typischerweise für Dinge wie kontrollierte Impedanzspuren, Board Stackup und Kapazität sowie die Gesamtlänge und Breite von Markierungen gelten.
2.2 Verfügbarkeit von Hochgeschwindigkeitsmaterial
Abgesehen von bestimmten Geschwindigkeiten können Sie die Verwendung von einzigartigem PCB-Material verlangen, wenn die Signale zu schnell werden.
Standard-FR4-basiertes Fiberglas ist nicht das Beste, wenn es um die Entwicklung von Hochgeschwindigkeitsplatinen geht. Einige der Leiterplattenmaterialien, die für Hochgeschwindigkeitsdesigns verwendet werden, sind verbesserte FR-4, Polyamid, PTFE.
2.3 Auswahl des richtigen Layer Stackups
Ein weiterer kritischer Faktor, insbesondere bei mehrschichtigen Platten, ist die Auswahl des richtigen Layer Stackups, eine dicke Prepreg-Schicht, wo Sie Ihre Power- und Ground-Ebenen haben, und auch die Trennung zwischen den Blättern. Alle diese Faktoren verbessern, wenn sie richtig gewählt werden, die Signalintegrität.
2.4 Board-to-Board-Verbindungen
Wenn ein Design über mehrere Hochgeschwindigkeitsplatinen verfügt, die angeschlossen werden müssen, ist es wichtig, eine Verbindung zu verwenden, die Hochgeschwindigkeitssignale ordnungsgemäß übertragen kann, in der Regel sind diese abgeschirmt und auf die Länge abgestimmte Kabel. Die Steckverbinder hätten ihre Pins so ausgerichtet, dass Verluste minimiert und signalisiert werden.
Bild 2: Ein QFN-Chip mit hervorragendem Pitch erfordert enge Toleranzen, wie gezeigt
3、 High-Speed PCB Design Fähigkeiten
3.1 Kenntnis einer Designsoftware, die erweiterte Optionen bieten kann
Hochgeschwindigkeitskonstruktionen erfordern viele ausgefeilte Funktionen in Ihrer CAD-Software. Viele Programme, die für Hobbyisten gedacht sind, haben diese möglicherweise nicht. Webbasierte Suiten verfügen in der Regel auch nicht über erweiterte Optionen.
Man muss also lernen und in einem Power-CAD-Tool geschult sein.
3.2 Hochgeschwindigkeits-Routing
Ein Designer muss die Regeln für die notwendige Routine kennen, wenn es um Hochgeschwindigkeitsspuren geht. Es würde Dinge beinhalten, wie zum Beispiel keine Bodenebenen zu schneiden und Die Wege kurz zu halten. Halten Sie digitale Leitungen nicht zu nah, um Übersprechen zu vermeiden, und schirmen Sie alle interferenzerzeugenden Elemente ab, damit die Signalintegrität nicht beeinträchtigt wird.
3.3 Routing von Leiterbahnen mit kontrollierter Impedanz
Bestimmte Arten von Signalen erfordern eine Impedanzanpassung. Diese liegen in der Regel in der Größenordnung von 40-120 Ohm. Charakteristische impedanzangepasste Hinweise sind Antennen und viele Differentialpaare.
Der Designer muss mit der Berechnung der Leiterbahnbreite und des Ebenenstapels für die erforderlichen Impedanzwerte vertraut sein. Wenn eine Leiterbahn nicht den richtigen Impedanzwert aufstellt, kann das Signal stark beeinträchtigt werden, was zu einer Datenbeschädigung führt.
3.4 Längenabgleichsspuren
Hochgeschwindigkeits-Speicherbusse und Schnittstellenbusse haben viele Leitungen. Diese Leitungen arbeiten mit sehr hoher Frequenz, und so müssen die Signale gleichzeitig vom sendenden Ende zum empfangenden Ende ankommen. Es erfordert eine Funktion namens Längenabgleich. Die meisten gängigen Standards definieren Toleranzwerte, die mit der Länge übereinstimmen müssen.
3.5 Minimierung der Schleifenfläche
Hochgeschwindigkeits-PCB-Designer müssen wissen, dass Hochfrequenzsignale viele EMI- und EMV-Probleme verursachen. Um diese Probleme zu minimieren, müssen sie grundlegende Regeln wie kontinuierliche Grundebenen und die Reduzierung von Schleifenbereichen befolgen, indem sie die Stromrücklaufpfade für Spuren optimieren und viele Stitching-Vias einfügen.
Bild 3: Kontrollierte Impedanz- und Differentialpaarspuren, die aus einem BGA-Chip kommen
4、Überlegungen zum Hochgeschwindigkeits-PCB-Design
Im Folgenden sind die wichtigsten Konstruktionsüberlegungen bei der Konstruktion von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten zu finden.
4.1 Signalreflexionen
Wenn ein Signal eine hohe Geschwindigkeit ist, fungiert die Leiterbahn, die es trägt, mit ihrer charakteristischen Impedanz als Übertragungsleitung. Um Reflexionen entlang des Weges zu minimieren, ist es erforderlich, die Leitungsimpedanz mit der Signalquellenimpedanz abzugleichen.
4.2 Signalklingeln
Signalklingeln ist, wenn Sie eine unerwünschte Verschiebung der Spannung oder des Stroms auf der Übertragungsleitung haben, was dazu führt, dass zusätzlicher Strom fließt und Verzögerungen bei der Ankunft Ihres Signals an seinem endgültigen Ziel verursacht. Es kann ein Problem mit Nachrichten wie einer Hochgeschwindigkeits-Taktleitung sein. Daher sollten diese Signale vor jeglichen Störungen geschützt werden.
4.3 Crosstalk-Probleme
Wenn zwei Leiterbahnen mit Hochgeschwindigkeitssignalen nahe beieinander liegen, können sie Spannungen ineinander induzieren. Daher ist es wichtig, solche Markierungen nicht zu nahe zu platzieren, um Interferenzen miteinander zu vermeiden.
4.4 Signal-Timing
Wenn zwei Leiterbahnen Hochgeschwindigkeitssignale tragen und ihre Längen unterschiedlich sind, kommen die Nachrichten an ihrem Ziel und zu leicht unterschiedlichen Zeiten an; Dies kann ein großes Problem sein, wenn die Nachricht mit einer Standarduhrzeile synchronisiert werden soll. In diesen Fällen muss man die Signale über die Länge anpassen.
5、Woher weiß man, ob man ein High-Speed-Design benötigt?
5.1 Verfügt Ihre Leiterplatte über Hochgeschwindigkeitsschnittstellen?
Eine schnelle Möglichkeit, herauszufinden, ob Sie High-Speed-Design-Richtlinien befolgen müssen, besteht darin, zu überprüfen, ob Sie High-Speed-Schnittstellen wie PCI-e, DDR oder sogar Videoschnittstellen wie DVI, HDMI usw. haben.
Bei all diesen Schnittstellen müssen Sie Hochgeschwindigkeits-Designregeln befolgen. Bitte geben Sie die genauen Spezifikationen der einzelnen Daten in der Dokumentation an.
5.2 Das Verhältnis Ihrer Spurenlänge zur Wellenlänge der Signale
Wenn die Wellenlänge Ihrer Nachrichten mit der Trace-Länge vergleichbar ist, benötigt Ihr Board im Allgemeinen definitiv ein High-Speed-Design. Einige Standards wie DDR benötigen Leiterbahnen, die auf minimale Toleranzen abgestimmt sein müssen.
Eine ausgezeichnete grobe Zahl ist, dass, wenn Ihre Spurlänge und Wellenlänge innerhalb einer Ordnung voneinander liegen. Dann würde es helfen, wenn Sie sich High-Speed-Designs ansehen.
5.3 Boards mit drahtlosen Schnittstellen
Jede Platine, die über eine Antenne verfügt, sei es auf der Platine oder über den Anschluss, muss für Hochgeschwindigkeitssignale geeignet sein. Onboard-Antennen benötigen auch eine enge Impedanzanpassung und Längenabstimmung.
Bei Boards mit SMA-Steckverbindern oder ähnlichem müssten die Leiterbahnen, die zum Stecker gehen, einen bestimmten Impedanzwert haben.
Ein detailliertes Video zu Überlegungen zum Hochgeschwindigkeitsdesign finden Sie hier:
https://www.youtube.com/watch?v=6jrVZu7eqiw
Bild 4: Hochgeschwindigkeitsschnittstellen wie DVI und USB erfordern High-Speed-Design
6、Warum ist OurPCB die beste Wahl für Sie?
Bild 5: Eine Pick-and-Place-Maschine, die SMD 0201-Komponenten auf eine Leiterplatte legt
Es ist wichtig, den richtigen Hersteller für Ihre High-Speed-Designs auszuwählen. Jemand, der Ihre Designs mit Präzision machen kann, OurPCB ist ein solcher Hersteller.
OurPCB ist ein multinationales Pcb Manufacturing and PCB Assembly Unternehmen, das globalen Service und Support bietet und gleichzeitig seine chinesischen Fertigungskapazitäten nutzt.
Die Fabrik von OurPCB ist mit fortschrittlichen Maschinen ausgestattet, darunter, aber nicht beschränkt auf drei Hochgeschwindigkeits-SMT-Linien, Siemens HS50 Pick and Placer, Siemens F5 Pick and Placer, Heller 1809 Reflows, Speedline MPM-Drucker, OK intelligente Lötkolben und Otek Automatic Optical Inspection Units, um nur einige zu nennen. Wir montieren BGA, LGA, QFN, QFP, DIP, SIP, etc. Die kleinste SMT-Stellfläche, die montiert werden kann, ist 0201. Wir können auch Programmierung, Verdrahtung sowie Injektion und konforme Beschichtung anbieten.
7、Fazit
Beim High-Speed-PCB-Design geht es darum, alle oben genannten Punkte zu berücksichtigen und den richtigen Hersteller für Ihr High-Speed-System auszuwählen. Diese Konstruktionen erfordern genaue Fertigungsprozesse und Tests nach der Produktion.
UnserPCB bewältigt die Herausforderungen des Hochgeschwindigkeitsdesigns und stellt sicher, dass Sie ein qualitativ hochwertiges Produkt erhalten.
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