Kurze Antworten auf große Fragen zum PCB-Design

F1:Wie wähle ich PCB-Material (Printed Circuit Board) aus?

A1:Das PCB-Material muss vollständig auf der Grundlage des Gleichgewichts zwischen Designanforderungen, Volumenproduktion und Kosten ausgewählt werden. Die Designanforderungen umfassen elektrische Elemente, die beim Hochgeschwindigkeits-PCB-Design ernsthaft berücksichtigt werden sollten. Außerdem sollten Dielektrizitätskonstante und dielektrischer Verlust berücksichtigt werden, ob sie mit der Frequenz einhergehen.

F2:Wie vermeide ich Hochfrequenzstörungen?

A2:Das führende Prinzip zur Überwindung hochfrequenter Störungen besteht darin, das Übersprechen so weit wie möglich zu reduzieren, was erreicht werden kann, indem der Abstand zwischen Hochgeschwindigkeitssignalen und analogen Signalen vergrößert oder neben analogen Signalen Masseschutz- oder Shunt-Leiterbahnen angebracht werden. Darüber hinaus sollten die Rauschstörungen, die durch digitale Masse auf analoger Masse verursacht werden, sorgfältig berücksichtigt werden.

F3:Wie arrangiert man Leiterbahnen, die Differenzsignale übertragen?

A3:Zwei Punkte sollten im Hinblick auf das Design von Spuren mit differentiellen Signalen fokussiert werden. Einerseits sollte die Länge zweier Linien gleich sein; andererseits sollte der Abstand zwischen zwei Linien parallel bleiben.

F4:Wie ordnet man Leiterbahnen an, die Differenzsignale übertragen, wenn am Ausgangsanschluss nur eine Taktsignalleitung vorhanden ist?

A4:Die Prämisse von Leiterbahnen, die eine Anordnung von Differenzsignalen tragen, ist, dass sowohl die Signalquellen als auch das Empfangsende Differenzsignale sein sollten. Daher kann differenzielles Routing niemals mit Taktsignalen funktionieren, die nur ein Ausgangsende haben.

F5:Kann ein angepasster Widerstand zwischen Differenzialpaaren am Empfangsende hinzugefügt werden?

A5:Angepasster Widerstand wird normalerweise zwischen differentiellen Paaren am Empfangsende hinzugefügt und sein Wert ist gleich dem der differentiellen Impedanz. Dadurch wird die Signalqualität besser.

F6:Warum sollten differentielle Paarspuren nahe beieinander und parallel sein?

A6:Differenzialpaarspuren sollten richtig nahe und parallel sein. Der Abstand zwischen differentiellen Paarspuren wird durch die differentielle Impedanz bestimmt, die ein wichtiger Referenzparameter in Bezug auf das Design von differentiellen Paaren ist.

F7:Wie können die Konflikte zwischen manuellem Routing und automatischem Routing bei Hochgeschwindigkeitssignalen gelöst werden?

A7:Jetzt sind die meisten automatischen Router in der Lage, die Drahtführungsmethode und die Anzahl der Durchgangslöcher zu steuern, indem sie Beschränkungsbedingungen festlegen. Alle EDA-Unternehmen unterscheiden sich stark voneinander in Bezug auf die Drahtführungsmethoden und die Einstellung der Randbedingungen. Die Schwierigkeit des automatischen Routings hängt eng mit der Kabellauffähigkeit zusammen. Daher kann dieses Problem gelöst werden, indem Sie einen Router mit hoher Fähigkeit zur Kabelführung verwenden.

F8:Beim Hochgeschwindigkeits-PCB-Design kann der leere Bereich der Signalschichten mit Kupfer beschichtet werden. Wie sollte Kupfer bei Erdung und Stromversorgung auf mehrere Signalschichten verteilt werden?

A8:Im Allgemeinen ist die Kupferbeschichtung meistens im leeren Bereich mit dem Boden verbunden. Der Abstand zwischen Kupferbeschichtung und Signalleitungen sollte streng ausgelegt werden, da beschichtetes Kupfer den Wellenwiderstand ein wenig reduziert. Dabei sollte der Wellenwiderstand anderer Schichten nicht beeinflusst werden.

F9:Kann die charakteristische Impedanz auf der Leistungsebene durch das Mikrostreifenleitungsmodell ermittelt werden? Kann das Mikrostreifenleitungsmodell für Signale zwischen der Stromversorgungsebene und der Masseebene verwendet werden?

A9:Ja. Während der Berechnung der charakteristischen Impedanz können sowohl die Stromversorgungsebene als auch die Masseebene als Referenzebene betrachtet werden.

F10:Können die durch Automatisierung auf High-Density-PCB generierten Testpunkte die Testanforderungen einer Massenproduktion erfüllen?

A10:Es kommt immer auf den Einzelfall an, ob Regelungen zu Prüfpunkten mit der Anforderung an Prüfmaschinen vereinbar sind. Wenn das Routing zu dicht verläuft und die Vorschriften für Testpunkte sehr streng sind, gibt es außerdem möglicherweise keine Möglichkeit, Testpunkte auf jedem Leitungssegment zu platzieren. Natürlich können manuelle Methoden zur Ergänzung von Testpunkten verwendet werden.

F11:Kann das Hinzufügen von Testpunkten die Qualität von Hochgeschwindigkeitssignalen beeinflussen?

A11:Es hängt alles vom Fall ab, ob die Testpunkt-Hinzufügungsmethode und die Laufgeschwindigkeit der Signale. Grundsätzlich erhält man das Hinzufügen von Testpunkten, indem man sie zu Linien hinzufügt oder ein Segment herauszieht. Beide Methoden können Hochgeschwindigkeitssignale mehr oder weniger beeinflussen und das Ausmaß des Effekts hängt von der Frequenzgeschwindigkeit und Flankenrate der Signale ab.

F12:Wenn mehrere PCBs in einem System verbunden sind, wie sollten die Erdungsleitungen jeder PCB verbunden werden?

A12:Basierend auf dem Stromgesetz von Kirchoff wird, wenn Strom oder Signale von Platine A zu Platine B gesendet werden, eine äquivalente Strommenge von der Erdungsebene zur Platine A zurückgeführt und der Strom auf der Erdungsebene fließt auf dem Pfad zurück, auf dem sich die Impedanz befindet das Niedrigste. Daher sollte die Anzahl der Stifte, die zur Masseebene beitragen, an jeder Schnittstelle der Strom- oder Signalverbindung niemals zu klein sein, damit sowohl die Impedanz als auch das Rauschen auf der Masse reduziert werden können. Darüber hinaus sollte die gesamte Stromschleife analysiert werden, insbesondere der Teil, in dem der Strom am größten ist, und die Verbindung von Masseebene oder Masseleitungen sollte angepasst werden, um den Stromfluss zu steuern und den Einfluss auf andere empfindliche Signale zu verringern.

F13:Können Masseleitungen in der Mitte von Differenzsignalleitungen hinzugefügt werden?

A13:Grundsätzlich können Masseleitungen nicht zu Differenzsignalleitungen hinzugefügt werden, da die größte Bedeutung des Prinzips der Differenzsignalleitungen in dem Vorteil liegt, der durch gegenseitige Kopplung zwischen Differenzsignalleitungen entsteht, wie z. B. Flussunterdrückung, Störfestigkeit usw. Der Kopplungseffekt wird zerstört, wenn Masseleitungen werden dazwischen hinzugefügt.

F14:Wie lautet das Prinzip, eine geeignete Leiterplatte aufzunehmen und den Erdungspunkt abzudecken?

A14:Das Prinzip besteht darin, die Gehäusemasse zu nutzen, um einen Pfad mit niedriger Impedanz für den Rückstrom bereitzustellen und den Pfad dieses Rückstroms zu steuern. Beispielsweise kann eine Schraube normalerweise in der Nähe von Hochfrequenzkomponenten oder Taktgeneratoren verwendet werden, um die Erdungsebene der Leiterplatte mit der Gehäusemasse zu verbinden, um die gesamte Stromschleifenfläche so weit wie möglich zu reduzieren, dh um elektromagnetische Störungen zu reduzieren.

F15:Wo sollte das PCB-Debugging beginnen?

A15:Was die digitale Schaltung betrifft, sollten die folgenden Dinge der Reihe nach durchgeführt werden. Zunächst sollten alle Leistungswerte bestätigt werden, um die Designanforderungen im Durchschnitt zu erfüllen. Zweitens sollte bestätigt werden, dass alle Taktsignalfrequenzen normal funktionieren, und es gibt kein nicht-monotones Problem am Rand. Drittens sollten Reset-Signale bestätigt werden, um die Standardanforderung zu erfüllen. Wenn die oben genannten Dinge bestätigt wurden, sollte der Chip im ersten Zyklus Signale senden. Dann wird das Debuggen auf der Grundlage des Systembetriebsprotokolls und des Busprotokolls durchgeführt.

F16:Was ist der beste Weg zum Design von Hochgeschwindigkeits- und High-Density-PCBs mit festgelegter Platinenfläche?

A16:Beim Hochgeschwindigkeits- und High-Density-PCB-Design sollten Übersprechstörungen besonders berücksichtigt werden, da sie das Timing und die Signalintegrität stark beeinflussen. Einige Designlösungen werden gegeben. Zunächst sollte die Kontinuität und Anpassung der charakteristischen Impedanz des Routings kontrolliert werden. Zweitens sollte der Abstand beachtet werden und der Abstand beträgt normalerweise die doppelte Linienbreite. Drittens sollten geeignete Abschlussmethoden aufgegriffen werden. Viertens sollte das Routing in benachbarten Schichten in unterschiedlichen Richtungen implementiert werden. Fünftens können blinde/vergrabene Vias verwendet werden, um den Routing-Bereich zu vergrößern. Darüber hinaus sollten differenzielle Terminierung und Gleichtaktterminierung beibehalten werden, um den Einfluss auf Timing und Signalintegrität zu reduzieren.

Q17:Die LC-Schaltung wird normalerweise angewendet, um die Welle bei analoger Leistung zu filtern. Warum ist LC manchmal besser als RC?

A17:Der Vergleich zwischen LC und RC sollte auf der Annahme beruhen, ob Frequenzband und Induktivität geeignet gewählt sind. Da die Reaktanz der Induktivität mit der Induktivität und der Frequenz korreliert, schneidet LC schlechter ab als RC, wenn die Rauschfrequenz der Leistung zu niedrig und die Induktivität nicht hoch genug ist. Einer der Nachteile von RC liegt jedoch darin, dass der Widerstand selbst Energie mit geringer Effizienz verbraucht.

F18:Was ist der optimale Weg, um die EMV-Anforderung ohne Kostendruck zu erfüllen?

A18:Leiterplatte leidet unter höheren Kosten aufgrund von EMV, normalerweise, weil die Anzahl der Schichten erhöht wird, um die Abschirmspannung zu verstärken, und einige Komponenten wie Ferritperlen oder Drosseln vorbereitet werden, die verwendet werden, um hochfrequente harmonische Wellenkomponenten zu stoppen. Außerdem sollten andere Abschirmungsstrukturen auf anderen Systemen verwendet werden, um die EMV-Anforderungen zu erfüllen. Erstens sollten so viele Komponenten mit niedriger Anstiegsgeschwindigkeit wie möglich angewendet werden, um durch Signale erzeugte Hochfrequenzanteile zu verringern. Zweitens sollten Hochfrequenzkomponenten niemals zu nahe an Außenanschlüssen platziert werden. Drittens sollten Impedanzanpassung, Routing-Schicht und Rückstrompfad von Hochgeschwindigkeitssignalen sorgfältig entworfen werden, um Hochfrequenzreflexion und -strahlung zu reduzieren. Viertens sollten genügend Entkopplungskondensatoren an den Stromversorgungsstiften platziert werden, um das Rauschen auf der Stromversorgungsebene und der Masseebene zu reduzieren. Fünftens kann die Erdung in der Nähe des Außenanschlusses von der Erdungsebene abgeschnitten werden und die Anschlusserdung sollte in der Nähe der Gehäuseerdung liegen.

F19:Wenn eine Leiterplatte mehrere digitale/analoge Module enthält, besteht die übliche Lösung darin, digitale/analoge Module zu teilen. Warum?

A19:Der Grund für die Unterteilung von digitalen und analogen Modulen ist, dass beim Schalten von hohem und niedrigem Potential normalerweise Rauschen an der Stromversorgung und Masse erzeugt wird und das Ausmaß des Rauschens mit der Signalgeschwindigkeit und der Stromstärke zusammenhängt. Wenn analoge und digitale Module nicht getrennt sind und das vom digitalen Modul erzeugte Rauschen größer ist und die Schaltung im analogen Bereich ähnlich ist, werden analoge Signale immer noch durch Rauschen beeinträchtigt, selbst wenn analoge und digitale Signale nicht ankommen.

F20:Wie sollte die Impedanzanpassung beim Hochgeschwindigkeits-PCB-Design implementiert werden?

A20:Im Hinblick auf das Hochgeschwindigkeits-PCB-Design ist die Impedanzanpassung eine der wichtigsten Überlegungen. Die Impedanz weist eine absolute Beziehung zum Routing auf. Beispielsweise wird die charakteristische Impedanz durch einige Elemente bestimmt, darunter der Abstand zwischen Mikrostreifen- oder Streifenleitungs-/Doppelstreifenleitungsschicht und Referenzschicht, Routing-Breite, Leiterplattenmaterial usw. Anders ausgedrückt, die charakteristische Impedanz kann erst beim Routing bestimmt werden. Die wesentliche Lösung für dieses Problem besteht darin, das Auftreten von Impedanzsprüngen so weit wie möglich zu verhindern.

F21:Welche Maßnahmen sollten im Prozess des Hochgeschwindigkeits-PCB-Designs in Bezug auf EMV/EMI ergriffen werden?

A21:Im Allgemeinen sollte das EMI/EMV-Design sowohl unter abgestrahlten als auch unter leitungsgebundenen Aspekten betrachtet werden. Ersteres gehört zu dem Abschnitt, dessen Frequenz höher ist (mehr als 30 MHz), während letzteres zu dem Abschnitt, dessen Frequenz niedriger ist (weniger als 30 MHz). Daher sollten sowohl der hochfrequente Anteil als auch der niederfrequente Anteil beachtet werden. Ein gutes EMI/EMC-Design sollte mit der Platzierung der Komponenten, dem PCB-Stack, dem Routing, der Komponentenauswahl usw. beginnen. Wenn diese Aspekte unberücksichtigt bleiben, steigen möglicherweise die Kosten. Beispielsweise sollte der Taktgenerator möglichst nicht in der Nähe des Außenanschlusses sein. Außerdem sollten die Verbindungspunkte zwischen PCB und Chassis richtig ausgewählt werden.

Q22:Was ist Routing-Topologie?

A22:Routing-Topologie, auch Routing-Reihenfolge genannt, bezieht sich auf die Reihenfolge des Routings in Bezug auf ein Netzwerk mit mehreren Abschlusswiderständen.

F23:Wie sollte die Routing-Topologie angepasst werden, um die Signalintegrität zu erhöhen?

A23:Diese Art von Netzwerksignalen ist so komplex, dass die Topologie aufgrund unterschiedlicher Richtungen, unterschiedlicher Pegel und unterschiedlicher Arten von Signalen unterschiedlich ist. Daher ist es schwierig zu beurteilen, welche Art von Signalen für die Signalqualität von Vorteil ist.

F24:Was ist der Grund für die Kupferbeschichtung?

A24:Es gibt normalerweise mehrere Gründe für eine Kupferbeschichtung. Erstens hat eine massive Erdungs- oder Leistungskupferbeschichtung eine Abschirmwirkung, und einige spezielle Erdungen, beispielsweise PGND, können eine Schutzfunktion haben. Zweitens, um eine hohe Leistung der Galvanik zu gewährleisten oder um zu verhindern, dass die Laminierung verformt wird, sollte Kupfer mit weniger Routing auf die Leiterplatte aufgetragen werden. Drittens leitet sich die Kupferbeschichtung aus der Anforderung an die Signalintegrität ab. Hochfrequenten Digitalsignalen sollte ein vollständiger Rückweg zur Verfügung gestellt werden, und das DC-Netzwerkrouting sollte reduziert werden. Außerdem sollte auch die Wärmeableitung berücksichtigt werden.

F25:Was ist Rückstrom?

A25:Während Hochgeschwindigkeits-Digitalsignale laufen, fließen Signale von den Treibern zum Träger entlang der PCB-Übertragungsleitung und kehren dann auf dem kürzesten Weg entlang der Erde oder der Stromversorgung zum Treiberterminal zurück. Die Rücksignale an Masse oder Leistung werden als Rückstrom bezeichnet.

F26:Wie viele Arten von Terminals gibt es?

A26:Terminal, auch Matching genannt, wird üblicherweise in Source-Matching und Terminal-Matching eingeteilt. Ersteres bezieht sich auf die Reihenwiderstandsanpassung, während sich letzteres auf Parallelanpassung bezieht. Es stehen viele Methoden zur Verfügung, darunter Pull-up-Widerstand, Pull-down-Widerstand, Davenan-Anpassung, AC-Anpassung, Schottky-Dioden-Anpassung usw.

F27:Welche Elemente können Übereinstimmungstypen bestimmen?

A27:Der Übereinstimmungstyp wird normalerweise durch BUFFER-Eigenschaften, Topologie, Ebenenklassifikationen und Beurteilungstyp bestimmt. Außerdem müssen auch das Tastverhältnis des Signals und der Energieverbrauch des Systems berücksichtigt werden.

F28:Welche Inspektion sollte an der Leiterplatte durchgeführt werden, bevor sie vom Herstellerwerk freigegeben wird?

A28:Die meisten Leiterplattenhersteller implementieren Ein-Aus-Tests auf Leiterplatten, bevor sie das Werk verlassen, um sicherzustellen, dass alle Schaltkreise korrekt angeschlossen sind. Bis jetzt führen einige fortschrittliche Hersteller eine Röntgeninspektion durch, um einige Hindernisse beim Ätzen oder Laminieren herauszufinden. Wenn es um die Produkte geht, die durch die SMT-Montage gehen, wird normalerweise ICT angewendet, was die Einstellung von ICT-Testpunkten während der PCB-Designphase erfordert. Sobald Probleme auftreten, kann auch eine spezielle Art der Röntgeninspektion eingesetzt werden.

F29:Sollten sich bei einer Schaltung, die aus mehreren Leiterplatten besteht, dieselbe Erdung teilen?

A29:Eine Schaltung, die aus mehreren Leiterplatten besteht, sollte normalerweise dieselbe Erdung haben, da es unpraktisch ist, mehrere Spannungen in einer einzigen Schaltung anzulegen. Wenn Ihre Bedingungen es zulassen, können natürlich auch andere Kräfte verwendet werden. Schließlich trägt das dazu bei, Interferenzen zu reduzieren.

F30:Wie sollte ESD von einem System berücksichtigt werden, das DSP und PLD enthält?

A30:Was gewöhnliche Systeme betrifft, sollten die Teile zuerst mit direktem Kontakt mit Menschen in Betracht gezogen werden, und es sollten angemessene Schutzmaßnahmen für Schaltkreise und Strukturen getroffen werden. Das Ausmaß des Einflusses von ESD auf das System wird normalerweise anhand verschiedener Situationen bestimmt. In trockener Umgebung wird ESD schlimmer, besonders auf dem empfindlicheren System. Auch wenn größere Systeme nicht offensichtliche Auswirkungen auf ESD haben, sollte auch mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden.

F31:Wenn es um ein 4-Lagen-PCB-Design geht, welche Seite sollte auf beiden Seiten mit Kupfer beschichtet werden?

A31:Die folgenden Aspekte sollten bei der Kupferbeschichtung berücksichtigt werden:Abschirmung, Wärmeableitung, Verstärkung und Anforderungen an die Leiterplattenherstellung. Daher sollte der Hauptgrund berücksichtigt werden. Im Hinblick auf das Hochgeschwindigkeits-PCB-Design sollte beispielsweise die Abschirmung am meisten berücksichtigt werden. Die Oberflächenerdung ist vorteilhaft für die EMV und die Kupferbeschichtung sollte im Falle einer einsamen Insel vollständig durchgeführt werden. Im Allgemeinen wird es schwierig, die Kupferfolie vollständig zu halten, wenn Komponenten auf der Oberfläche zu viel Routing erhalten. Daher wird empfohlen, Platinen mit vielen Oberflächenkomponenten oder viel Routing nicht mit Kupfer zu beschichten.

F32:Ist es beim Taktrouting notwendig, auf beiden Seiten eine Erdungsabschirmung hinzuzufügen?

A32:Es hängt vom Übersprechen oder der EMI der Platine ab. Wenn abschirmende Masseleitungen nicht richtig verarbeitet werden, bringt das im Gegenteil schlechte Auswirkungen.

Q33:Wie sieht die Taktrouting-Strategie für Signale mit unterschiedlichen Frequenzen aus?

A33:In Bezug auf das Routing von Taktleitungen sollte zuerst eine Signalintegritätsanalyse durchgeführt und Routing-Prinzipien manipuliert werden. Dann ist es an der Zeit, Routing basierend auf den Prinzipien zu implementieren.

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