Des réponses courtes aux grandes questions sur la conception de PCB

Q1 :Comment choisir le matériau PCB (circuit imprimé) ?

A1 :Le matériau PCB doit être sélectionné en fonction de l'équilibre entre la demande de conception, la production en volume et le coût. La demande de conception implique des éléments électriques qui doivent être sérieusement pris en compte lors de la conception de circuits imprimés à grande vitesse. De plus, la constante diélectrique et la perte diélectrique doivent être prises en compte si elles vont avec la fréquence.

Q2 :Comment éviter les interférences haute fréquence ?

A2 :Le principe directeur pour surmonter les interférences à haute fréquence est de réduire autant que possible la diaphonie, ce qui peut être réalisé en augmentant la distance entre les signaux à grande vitesse et les signaux analogiques ou en équipant des gardes au sol ou des traces de shunt à côté des signaux analogiques. De plus, les interférences de bruit causées par la masse numérique sur la masse analogique doivent être soigneusement prises en compte.

Q3 :Comment organiser les traces transportant des signaux différentiels ?

A3 :Deux points doivent être mis en évidence en termes de conception de traces transportant des signaux différentiels. D'une part, la longueur de deux lignes doit être la même; d'autre part, l'espacement entre deux lignes doit rester parallèle.

Q4 :Comment organiser les traces transportant des signaux différentiels lorsqu'il n'y a qu'une seule ligne de signal d'horloge à la borne de sortie ?

A4:Le principe des traces transportant un agencement de signaux différentiels est que les sources de signaux et l'extrémité de réception doivent être des signaux différentiels. Par conséquent, le routage différentiel ne peut jamais fonctionner sur des signaux d'horloge contenant une seule extrémité de sortie.

Q5 :Une résistance adaptée peut-elle être ajoutée entre les paires différentielles à la réception ?

A5:La résistance adaptée est généralement ajoutée entre les paires différentielles à l'extrémité de réception et sa valeur est égale à celle de l'impédance différentielle. En conséquence, la qualité du signal sera meilleure.

Q6 :Pourquoi les traces de paires différentielles doivent-elles être proches les unes des autres et parallèles ?

A6 :Les traces de paires différentielles doivent être correctement proches et parallèles. La distance entre les pistes de paires différentielles est déterminée par l'impédance différentielle qui est un paramètre de référence clé en termes de conception de paires différentielles.

Q7 :Comment résoudre les conflits entre le routage manuel et le routage automatique sur les signaux à haut débit ?

R7 :Désormais, la plupart des routeurs automatiques sont capables de contrôler la méthode d'acheminement des fils et le nombre de trous traversants en définissant des conditions de contrainte. Toutes les sociétés EDA diffèrent beaucoup les unes des autres en termes de méthodes d'acheminement des câbles et de définition des conditions de contrainte. La difficulté du routage automatique est étroitement liée à la capacité d'acheminement des câbles. Par conséquent, ce problème peut être résolu en choisissant un routeur avec une grande capacité de câblage.

Q8 :Dans la conception de circuits imprimés à grande vitesse, la zone vide des couches de signal peut être recouverte de cuivre. Comment le cuivre doit-il être distribué sur plusieurs couches de signal lors de la mise à la terre et de l'alimentation ?

A8 :Généralement, le revêtement de cuivre est principalement relié au sol dans la zone vierge. La distance entre le revêtement de cuivre et les lignes de signal doit être strictement conçue car le cuivre revêtu réduira un peu l'impédance caractéristique. Pendant ce temps, l'impédance caractéristique des autres couches ne doit pas être influencée.

Q9 :L'impédance caractéristique sur le plan d'alimentation peut-elle être déterminée par le modèle de ligne microruban ? Le modèle de ligne microruban peut-il être utilisé sur des signaux entre le plan d'alimentation et le plan de masse ?

R9 : Oui. Pendant la procédure de calcul de l'impédance caractéristique, le plan de puissance et le plan de masse peuvent être considérés comme un plan de référence.

Q10 :Les points de test générés par l'automatisation sur les PCB haute densité peuvent-ils répondre aux exigences de test d'une production massive ?

R10 :Tout dépend du cas si la réglementation sur les points de test est compatible avec l'exigence imposée par les machines de test. De plus, si le routage est trop dense et que les réglementations sur les points de test sont très strictes, il peut être impossible de mettre des points de test sur chaque segment de ligne. Bien sûr, des méthodes manuelles peuvent être utilisées pour compléter les points de test.

Q11 :L'ajout de points de test peut-il influencer la qualité des signaux à grande vitesse ?

A11:Tout dépend du cas, de la méthode d'ajout de points de test et de la vitesse de fonctionnement des signaux. Fondamentalement, l'ajout de points de test est obtenu en les ajoutant à des lignes ou en extrayant un segment. Les deux méthodes peuvent plus ou moins affecter les signaux à grande vitesse et l'étendue de l'effet est liée à la vitesse de fréquence et au taux de front des signaux.

Q12 :Lorsque deux PCB sont connectés à un système, comment les lignes de masse de chaque PCB doivent-elles être connectées ?

A12:Basé sur la loi actuelle de Kirchoff, lorsque la puissance ou les signaux sont envoyés de la carte A à la carte B, une quantité équivalente de courant sera renvoyée à la carte A à partir du plan de masse et le courant sur le plan de masse refluera sur le chemin où l'impédance est le plus bas. Par conséquent, le nombre de broches contribuées au plan de masse ne doit jamais être trop petit à chaque interface d'interconnexion de puissance ou de signal afin que l'impédance et le bruit au sol puissent être réduits. De plus, toute la boucle de courant doit être analysée, en particulier la partie où le courant est le plus important et la connexion du plan de masse ou des lignes de masse doit être ajustée pour contrôler le courant en cours et diminuer l'influence sur d'autres signaux sensibles.

Q13 :Des lignes de masse peuvent-elles être ajoutées au milieu des lignes de signal différentiel ?

A13:Fondamentalement, les lignes de masse ne peuvent pas être ajoutées parmi les lignes de signal différentielles car la plus grande importance du principe de ligne de signal différentiel réside dans l'avantage du couplage mutuel entre les lignes de signal différentiel, telles que l'annulation de flux, l'immunité au bruit, etc. L'effet de couplage sera détruit si des lignes de sol sont ajoutées entre elles.

Q14 :Quel est le principe de sélection d'un circuit imprimé approprié et d'un point de mise à la terre ?

R14 :Le principe est de profiter de la masse du châssis pour fournir un chemin à faible impédance au courant de retour et pour contrôler le chemin de ce courant de retour. Par exemple, une vis peut être normalement utilisée près d'un composant haute fréquence ou d'un générateur d'horloge pour connecter le plan de masse du circuit imprimé à la masse du châssis afin de réduire autant que possible toute la zone de boucle de courant, c'est-à-dire de réduire les interférences électromagnétiques.

Q15 :Où le débogage du PCB doit-il commencer ?

A15 :En ce qui concerne le circuit numérique, les choses suivantes doivent être faites dans l'ordre. Tout d'abord, toutes les valeurs de puissance doivent être confirmées pour atteindre en moyenne les exigences de conception. Deuxièmement, toutes les fréquences du signal d'horloge doivent être confirmées pour fonctionner normalement et il n'y a pas de problème non monotone sur le bord. Troisièmement, les signaux de réinitialisation doivent être confirmés pour répondre aux exigences standard. Si les choses ci-dessus ont été confirmées, la puce devrait envoyer des signaux dans le premier cycle. Ensuite, le débogage sera effectué en fonction du protocole d'exécution du système et du protocole de bus.

Q16 :Quelle est la meilleure façon de concevoir un PCB haute vitesse et haute densité avec une zone de carte fixe ?

A16 :Dans le processus de conception de circuits imprimés à haute vitesse et haute densité, les interférences de diaphonie doivent être particulièrement ciblées car elles affectent considérablement la synchronisation et l'intégrité du signal. Certaines solutions de conception sont données. Tout d'abord, la continuité et l'adaptation de l'impédance caractéristique d'acheminement doivent être contrôlées. Deuxièmement, l'espacement doit être remarqué et l'espacement est normalement le double de la largeur de ligne. Troisièmement, les méthodes de résiliation appropriées doivent être choisies. Quatrièmement, le routage dans les couches adjacentes doit être mis en œuvre dans des directions différentes. Cinquièmement, des vias borgnes/enterrés peuvent être utilisés pour augmenter la zone de routage. De plus, la terminaison différentielle et la terminaison en mode commun doivent être maintenues afin de réduire l'influence sur la synchronisation et l'intégrité du signal.

Q17 :Le circuit LC est généralement appliqué pour filtrer les ondes à puissance analogique. Pourquoi LC fonctionne-t-il parfois mieux que RC ?

A17 :La comparaison entre LC et RC doit être basée sur l'hypothèse que la bande de fréquence et l'inductance sont convenablement sélectionnées. Étant donné que la réactance de l'inductance est corrélée à l'inductance et à la fréquence, si la fréquence de bruit de l'alimentation est trop faible et que l'inductance n'est pas assez élevée, LC fonctionne moins bien que RC. Cependant, l'un des inconvénients du RC réside dans le fait que la résistance elle-même consommera de l'énergie avec un faible rendement.

Q18 :Quelle est la meilleure façon d'atteindre les exigences CEM sans pression sur les coûts ?

A18 :La carte PCB souffre d'un coût plus élevé en raison de la CEM, généralement parce que le nombre de couches augmente pour renforcer la contrainte de blindage et que certains composants sont préparés, tels que la perle de ferrite ou l'inductance, qui sont utilisés pour arrêter les composants d'ondes harmoniques à haute fréquence. En outre, une autre structure de blindage sur d'autres systèmes doit être utilisée pour répondre aux exigences de la CEM. Tout d'abord, les composants à faible vitesse de balayage doivent être appliqués autant que possible afin de réduire les parties haute fréquence générées par les signaux. Deuxièmement, les composants haute fréquence ne doivent jamais être placés trop près des connecteurs extérieurs. Troisièmement, l'adaptation d'impédance, la couche de routage et le chemin du courant de retour des signaux à grande vitesse doivent être soigneusement conçus pour réduire la réflexion et le rayonnement à haute fréquence. Quatrièmement, des condensateurs de découplage suffisants doivent être placés sur les broches d'alimentation afin de réduire le bruit sur le plan d'alimentation et le plan de masse. Cinquièmement, la masse près du connecteur extérieur peut être coupée du plan de masse et la masse du connecteur doit être proche de la masse du châssis.

Q19 :Lorsqu'une carte PCB comporte plusieurs modules numériques/analogiques, la solution ordinaire consiste à diviser les modules numériques/analogiques. Pourquoi ?

A19 :La raison de la division des modules numériques et analogiques est que le bruit est généralement généré à l'alimentation et à la terre lors de la commutation du potentiel haut et bas et que l'ampleur du bruit est liée à la vitesse du signal et à la quantité de courant. Si les modules analogiques et numériques ne sont pas divisés et que le bruit généré par le module numérique est plus important et que le circuit dans la zone analogique est similaire, même si les signaux analogiques et numériques ne se croisent pas, les signaux analogiques seront toujours affectés par le bruit.

Q20 :En ce qui concerne la conception de circuits imprimés à grande vitesse, comment l'adaptation d'impédance doit-elle être mise en œuvre ?

A20 :En ce qui concerne la conception de circuits imprimés à grande vitesse, l'adaptation d'impédance est l'une des principales considérations. L'impédance présente une relation absolue avec le routage. Par exemple, l'impédance caractéristique est déterminée par quelques éléments, notamment l'espacement entre la couche microruban ou stripline/double stripline et la couche de référence, la largeur de routage, le matériau PCB, etc. Autrement dit, l'impédance caractéristique ne peut jamais être déterminée avant le routage. La solution essentielle à ce problème est d'empêcher autant que possible la discontinuité d'impédance de se produire.

Q21 :Dans le processus de conception de circuits imprimés à grande vitesse, quelles mesures doivent être prises en tenant compte de la CEM/EMI ?

R21 :D'une manière générale, la conception EMI/CEM doit être considérée à la fois sous l'aspect rayonné et sous l'angle conduit. Le premier appartient à la partie dont la fréquence est la plus élevée (plus de 30MHz) tandis que le second à la partie dont la fréquence est la plus basse (moins de 30MHz). Par conséquent, la partie haute fréquence et la partie basse fréquence doivent être remarquées. Une bonne conception EMI/EMC doit commencer par le placement des composants, l'empilement des PCB, le routage, la sélection des composants, etc. Une fois que ces aspects ne sont pas pris en compte, le coût peut augmenter. Par exemple, le générateur d'horloge ne doit pas être le plus près possible du connecteur extérieur. De plus, les points de connexion doivent être correctement sélectionnés entre le PCB et le châssis.

Q22 :Qu'est-ce que la topologie de routage ?

A22 :La topologie de routage, également appelée ordre de routage, fait référence à l'ordre de routage en termes de réseau avec plusieurs terminaisons.

Q23 :Comment la topologie de routage doit-elle être ajustée pour augmenter l'intégrité du signal ?

A23 :Ce type de signaux de réseau est si complexe que la topologie est différente en fonction des différentes directions, des différents niveaux, des différents types de signaux. Par conséquent, il est difficile de juger quel type de signaux est bénéfique pour la qualité du signal.

Q24 :Quelle est la raison du revêtement en cuivre ?

R24 :Il y a généralement plusieurs raisons pour lesquelles le revêtement en cuivre est utilisé. Tout d'abord, une terre massive ou un revêtement en cuivre de puissance auront un effet de blindage et une terre spéciale, PGND par exemple, peut avoir un rôle de protection. Deuxièmement, pour garantir des performances élevées de galvanoplastie ou empêcher la déformation du laminage, le cuivre doit être enduit sur la carte PCB avec moins de routage. Troisièmement, le revêtement de cuivre découle de l'exigence d'intégrité du signal. Un chemin de retour complet doit être fourni aux signaux numériques à haute fréquence et le routage du réseau CC doit être réduit. De plus, la dissipation thermique doit également être prise en compte.

Q25 :Qu'est-ce que le courant de retour ?

A25 :lorsque les signaux numériques à grande vitesse sont en cours d'exécution, les signaux circulent des conducteurs vers le transporteur le long de la ligne de transmission PCB, puis reviennent au terminal du conducteur par le chemin le plus court le long de la terre ou de l'alimentation. Les signaux de retour à la terre ou à l'alimentation sont appelés courant de retour.

Q26 :Combien de types de terminaux existe-t-il ?

A26 :Le terminal, également appelé correspondance, est généralement classé en correspondance de source et en correspondance de terminal. Le premier fait référence à l'adaptation des résistances en série tandis que le second fait référence à l'adaptation en parallèle. De nombreuses méthodes sont disponibles, y compris la résistance pull-up, la résistance pull-down, l'adaptation Davenan, l'adaptation AC, l'adaptation de diode Schottky, etc.

Q27 :Quels éléments peuvent déterminer les types correspondants ?

A27 :Le type de correspondance est généralement déterminé par les caractéristiques BUFFER, la topologie, les classifications de niveau et le type de jugement. En outre, le rapport cyclique du signal et la consommation d'énergie du système doivent également être pris en compte.

Q28 :Quelle inspection doit être effectuée sur le PCB avant qu'il ne soit libéré par l'usine de fabrication ?

R28 :La plupart des fabricants de PCB implémentent un test marche-arrêt sur les PCB avant qu'ils ne quittent l'usine afin de s'assurer que tous les circuits sont correctement connectés. Jusqu'à présent, certains fabricants avancés procédaient à une inspection par rayons X pour découvrir certains obstacles à la gravure ou au laminage. En ce qui concerne les produits passant par l'assemblage SMT, les TIC sont généralement appliquées, ce qui nécessite la définition de points de test TIC pendant la phase de conception du PCB. Dès que des problèmes surviennent, un type spécial d'inspection par rayons X peut également être utilisé.

Q29 :Pour un circuit composé de deux cartes PCB, doivent-elles partager la même masse ?

A29 :Un circuit composé de deux cartes PCB doit normalement partager la même masse car il n'est pas pratique d'appliquer deux puissances dans un seul circuit. Bien sûr, si vos conditions le permettent, différents pouvoirs peuvent également être utilisés. Après tout, cela contribuera à réduire les interférences.

Q30 :Comment l'ESD doit-elle être prise en compte par un système contenant DSP et PLD ?

A30 :En ce qui concerne les systèmes ordinaires, les parties doivent d'abord être considérées avec un contact direct avec l'homme et des protections appropriées doivent être effectuées sur le circuit et les structures. L'étendue de l'influence de l'EDD sur le système est généralement déterminée en fonction de différentes situations. Dans un environnement sec, l'ESD s'aggravera, en particulier sur le système le plus sensible. Même si un système plus grand présente un effet non évident sur l'ESD, une plus grande attention doit également être accordée.

Q31 :Lorsqu'il s'agit d'une conception de PCB à 4 couches, quel côté doit recevoir un revêtement en cuivre des deux côtés ?

A31 :Les aspects suivants doivent être pris en compte pour le revêtement en cuivre :blindage, dissipation thermique, renforcement et demande de fabrication de PCB. Par conséquent, la raison principale doit être considérée. Par exemple, en termes de conception de circuits imprimés à grande vitesse, le blindage doit être le plus pris en compte. La mise à la terre en surface est bénéfique pour la compatibilité électromagnétique et le revêtement en cuivre doit être entièrement réalisé en cas d'îlot isolé. De manière générale, si les composants en surface reçoivent trop de routage, il sera difficile de garder la feuille de cuivre complète. Par conséquent, il est suggéré que les cartes avec de nombreux composants de surface ou beaucoup de routage ne soient pas recouvertes de cuivre.

Q32 :Dans le processus de routage d'horloge, est-il nécessaire d'ajouter un blindage à la terre des deux côtés ?

A32 :Cela dépend de la diaphonie ou de l'EMI de la carte. Si les lignes de terre de blindage ne sont pas correctement traitées, cela entraînera de mauvais effets au contraire.

Q33 :Quelle est la stratégie de routage d'horloge pour les signaux à différentes fréquences ?

A33 :En termes de routage pour les lignes d'horloge, l'analyse de l'intégrité du signal doit d'abord être effectuée et les principes de routage doivent être manipulés. Ensuite, il est temps de mettre en œuvre un routage basé sur les principes.

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