۱. طبابت عمومی
در طراحی PCB، برای اینکه طراحی برد مدار فرکانس بالا منطقی‌تر و عملکرد ضد تداخل بهتری داشته باشد، باید جنبه‌های زیر در نظر گرفته شود:
(1) انتخاب منطقی لایه‌ها هنگام مسیریابی بردهای مدار فرکانس بالا در طراحی PCB، از صفحه داخلی در وسط به عنوان لایه قدرت و زمین استفاده می‌شود که می‌تواند نقش محافظ را ایفا کند، به طور موثر اندوکتانس انگلی را کاهش دهد، طول خطوط سیگنال را کوتاه کند و تداخل متقاطع بین سیگنال‌ها را کاهش دهد.
(2) حالت مسیریابی حالت مسیریابی باید مطابق با چرخش با زاویه 45 درجه یا چرخش قوسی باشد، که می‌تواند انتشار سیگنال فرکانس بالا و اتصال متقابل را کاهش دهد.
(3) طول کابل هرچه طول کابل کوتاه‌تر باشد، بهتر است. هرچه فاصله موازی بین دو سیم کوتاه‌تر باشد، بهتر است.
(4) تعداد سوراخ‌های عبوری هرچه تعداد سوراخ‌های عبوری کمتر باشد، بهتر است.
(5) جهت سیم‌کشی بین لایه‌ای جهت سیم‌کشی بین لایه‌ای باید عمودی باشد، یعنی لایه بالایی افقی و لایه پایینی عمودی باشد تا تداخل بین سیگنال‌ها کاهش یابد.
(6) پوشش مس، اتصال زمین را افزایش می‌دهد و پوشش مس می‌تواند تداخل بین سیگنال‌ها را کاهش دهد.
(7) گنجاندن پردازش خط سیگنال مهم، می‌تواند به طور قابل توجهی توانایی ضد تداخل سیگنال را بهبود بخشد، البته، همچنین می‌تواند شامل پردازش منبع تداخل باشد، به طوری که نمی‌تواند با سیگنال‌های دیگر تداخل ایجاد کند.
(8) کابل‌های سیگنال، سیگنال‌ها را به صورت حلقه‌ای هدایت نمی‌کنند. سیگنال‌ها را در حالت Daisy chain هدایت می‌کنند.
۲. اولویت سیم‌کشی
اولویت خط سیگنال کلیدی: سیگنال کوچک آنالوگ، سیگنال پرسرعت، سیگنال کلاک و سیگنال همگام‌سازی و سایر سیم‌کشی‌های اولویت سیگنال‌های کلیدی
اصل اول تراکم: سیم‌کشی را از پیچیده‌ترین اتصالات روی برد شروع کنید. سیم‌کشی را از متراکم‌ترین ناحیه سیم‌کشی شده برد شروع کنید.
نکات قابل توجه:
الف) سعی کنید یک لایه سیم‌کشی ویژه برای سیگنال‌های کلیدی مانند سیگنال‌های ساعت، سیگنال‌های فرکانس بالا و سیگنال‌های حساس فراهم کنید و حداقل مساحت حلقه را تضمین کنید. در صورت لزوم، سیم‌کشی اولویت‌دار دستی، محافظ و افزایش فاصله ایمنی باید اتخاذ شود. از کیفیت سیگنال اطمینان حاصل کنید.
ب. محیط EMC بین لایه برق و زمین ضعیف است، بنابراین باید از سیگنال‌های حساس به تداخل اجتناب شود.
ج. شبکه‌ای که الزامات کنترل امپدانس را دارد، باید تا حد امکان مطابق با الزامات طول و عرض خط سیم‌کشی شود.
۳، سیم‌کشی ساعت
خط ساعت یکی از بزرگترین عوامل مؤثر بر EMC است. سوراخ‌های کمتری در خط ساعت ایجاد کنید، تا حد امکان از هم‌ترازی با سایر خطوط سیگنال خودداری کنید و از خطوط سیگنال عمومی دور بمانید تا از تداخل با خطوط سیگنال جلوگیری شود. در عین حال، باید از منبع تغذیه روی برد اجتناب شود تا از تداخل بین منبع تغذیه و ساعت جلوگیری شود.
اگر تراشه ساعت مخصوصی روی برد وجود داشته باشد، نمی‌تواند زیر خط قرار گیرد، باید زیر مس قرار گیرد، در صورت لزوم، می‌تواند به طور خاص برای زمین آن نیز باشد. برای بسیاری از نوسان‌سازهای کریستالی مرجع تراشه، این نوسان‌سازهای کریستالی نباید زیر خط قرار گیرند تا ایزولاسیون مسی روی آنها قرار گیرد.
۴. خط را با زاویه قائمه رسم کنید
کابل‌کشی با زاویه قائمه معمولاً برای جلوگیری از این وضعیت در سیم‌کشی PCB مورد نیاز است و تقریباً به یکی از استانداردهای اندازه‌گیری کیفیت سیم‌کشی تبدیل شده است، بنابراین کابل‌کشی با زاویه قائمه چه تأثیری بر انتقال سیگنال خواهد داشت؟ در اصل، مسیریابی با زاویه قائمه باعث تغییر عرض خط انتقال می‌شود و در نتیجه ناپیوستگی امپدانس ایجاد می‌شود. در واقع، نه تنها مسیریابی با زاویه قائمه، بلکه مسیریابی با زاویه حاده نیز ممکن است باعث تغییرات امپدانس شود.
تأثیر مسیریابی قائمه بر سیگنال عمدتاً در سه جنبه منعکس می‌شود:
اولاً، گوشه می‌تواند معادل بار خازنی روی خط انتقال باشد و زمان صعود را کند کند؛
دوم، ناپیوستگی امپدانس باعث انعکاس سیگنال می‌شود؛
سوم، EMI تولید شده توسط نوک با زاویه مناسب.
۵. زاویه حاده
(1) برای جریان فرکانس بالا، هنگامی که نقطه عطف سیم زاویه قائمه یا حتی زاویه حاده را نشان می‌دهد، نزدیک گوشه، چگالی شار مغناطیسی و شدت میدان الکتریکی نسبتاً زیاد است، موج الکترومغناطیسی قوی تابش می‌کند و اندوکتانس در اینجا نسبتاً بزرگ خواهد بود، القایی بزرگتر از زاویه منفرجه یا زاویه گرد خواهد بود.
(2) برای سیم‌کشی باس مدار دیجیتال، گوشه سیم‌کشی منفرجه یا گرد است، مساحت سیم‌کشی نسبتاً کوچک است. در شرایط فاصله‌گذاری خطوط یکسان، کل فاصله خطوط 0.3 برابر عرض کمتری نسبت به چرخش زاویه قائمه اشغال می‌کند.
۶. مسیریابی تفاضلی
رجوع کنید به: سیم‌کشی دیفرانسیل و تطبیق امپدانس
سیگنال تفاضلی به طور فزاینده‌ای در طراحی مدارهای پرسرعت مورد استفاده قرار می‌گیرد، زیرا مهمترین سیگنال‌ها در مدارها همیشه از ساختار تفاضلی استفاده می‌کنند. تعریف: به زبان ساده، به این معنی است که درایور دو سیگنال معادل و معکوس کننده ارسال می‌کند و گیرنده با مقایسه اختلاف بین دو ولتاژ، تعیین می‌کند که حالت منطقی "0" یا "1" است. جفت حامل سیگنال تفاضلی، مسیریابی تفاضلی نامیده می‌شود.
در مقایسه با مسیریابی سیگنال تک‌سره معمولی، سیگنال تفاضلی از سه جنبه زیر، بارزترین مزایا را دارد:
الف) توانایی ضد تداخل قوی، زیرا اتصال بین دو سیم دیفرانسیل بسیار خوب است، هنگامی که تداخل نویز از بیرون وجود دارد، تقریباً همزمان با دو خط جفت می‌شود و گیرنده فقط به تفاوت بین دو سیگنال اهمیت می‌دهد، بنابراین نویز حالت مشترک از بیرون می‌تواند به طور کامل لغو شود.
ب. می‌تواند به طور مؤثر تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را مهار کند. به طور مشابه، از آنجا که قطبیت دو سیگنال مخالف است، میدان‌های الکترومغناطیسی ساطع شده توسط آنها می‌توانند یکدیگر را خنثی کنند. هرچه اتصال نزدیکتر باشد، انرژی الکترومغناطیسی کمتری به دنیای خارج آزاد می‌شود.
ج. موقعیت‌یابی دقیق زمانی. از آنجایی که تغییرات سوئیچینگ سیگنال‌های تفاضلی در محل تقاطع دو سیگنال قرار دارند، برخلاف سیگنال‌های تک‌سر معمولی که به ولتاژ آستانه بالا و پایین متکی هستند، تأثیر فناوری و دما کم است که می‌تواند خطاهای زمان‌بندی را کاهش دهد و برای مدارهایی با سیگنال‌های دامنه کم مناسب‌تر است. LVDS (سیگنالینگ تفاضلی ولتاژ پایین) که در حال حاضر محبوب است، به این فناوری سیگنالینگ تفاضلی دامنه کوچک اشاره دارد.
برای مهندسان PCB، مهمترین چیز این است که اطمینان حاصل کنند که مزایای مسیریابی تفاضلی می‌تواند به طور کامل در مسیریابی واقعی مورد استفاده قرار گیرد. شاید تا زمانی که افراد مرتبط با طرح‌بندی الزامات کلی مسیریابی تفاضلی، یعنی «طول برابر، فاصله برابر» را درک کنند.
طول مساوی برای اطمینان از این است که دو سیگنال تفاضلی همیشه قطبیت مخالف خود را حفظ کنند و مؤلفه حالت مشترک را کاهش دهند. فاصله مساوی عمدتاً برای اطمینان از ثابت بودن امپدانس اختلاف و کاهش انعکاس است. گاهی اوقات "تا حد امکان نزدیک" یک الزام برای مسیریابی تفاضلی است.
۷. خط مار
خط مارپیچ نوعی طرح‌بندی است که اغلب در طرح‌بندی استفاده می‌شود. هدف اصلی آن تنظیم تأخیر و برآورده کردن الزامات طراحی زمان‌بندی سیستم است. اولین چیزی که طراحان باید بدانند این است که سیم‌های مار مانند می‌توانند کیفیت سیگنال را از بین ببرند و تأخیر انتقال را تغییر دهند و باید هنگام سیم‌کشی از آنها اجتناب شود. با این حال، در طراحی واقعی، برای اطمینان از زمان نگهداری کافی سیگنال‌ها یا کاهش زمان جابجایی بین همان گروه از سیگنال‌ها، اغلب لازم است که عمداً سیم‌کشی انجام شود.
نکات قابل توجه:
جفت خطوط سیگنال دیفرانسیلی، که عموماً خطوط موازی هستند، باید تا حد امکان از سوراخ عبور داده شوند و دو خط باید با هم باشند تا تطبیق امپدانس حاصل شود.
گروهی از باس‌ها با ویژگی‌های یکسان باید تا حد امکان در کنار هم قرار گیرند تا طول مساوی حاصل شود. سوراخی که از پد پچ شروع می‌شود، تا حد امکان از پد دور است.
زمان ارسال: 5 جولای 2023
