高性能PCB系统设计与分析指导
您可以创建一个密集的、高性能PCB这样合适的设计工具。
新设计使得信号速度限制和噪音的利润率,和设计师需要让自己意识到所有可用的工具妥善设计高性能的董事会。系统运行在相对温和的数据速率与~ ns开关速度是众所周知的特定信号完整性和电源完整性问题如响,相声,和抖动,但高性能PCB系统把这些潜在的性能问题提高到一个新的水平。设计高性能PCB系统是方案设计和工程,因为它是关于创建一个稳定的布局。
当你看移动/物联网空间,数据中心环境中,航空电子设备,和即将到来的5 g和自驾车辆等领域,在这些领域,你会发现许多相似之处。电源完整性在高性能PCB系统设计是一个重要的问题是电力不稳定会影响信号不稳定。同样,信号完整性问题总是更加突出随着数据速率的增加Gbps的水平,并在数字信号上升/下降时间减少到ps的水平。另外一个事实,许多高级系统混合信号设备,和分层盘旋飞行,布局和路由设计成为驱动性能的重要方面。
当你定义功能原理设计是重要的在你的董事会,你的布局将决定你的董事会的一些最重要的方面的表现而言,电力和信号完整性。这需要适当的路由和分层盘旋飞行设计技术,确保您完成的布局与功能在你的图表。当你获得一套完整的路由、分层盘旋飞行设计和布线后的分析工具,可以设计和验证你的高性能PCB系统
高性能PCB设计系统
高性能PCB系统设计是确保你的PCB达到或超出公差的六个关键领域:
电源完整性:您需要确保稳定的权力与整个PCB抑制噪声。+ 5 V输出你的电源应该保持在+ 5 V当它到达VCC别针,并从这个值时,它不应该动摇组件画电流激增。
信号的完整性:任何+ 5 V信号发送了输电线路应表现为+ 5 V的接收器。您还需要使用正确的时钟恢复和通道补偿技术来恢复信号,特别是在使用多级信号方案。
参考面和返回路径管理:董事会运行边缘率更高,更高的频率,或者两者都是,返回路径在董事会需要仔细地管理,以防止干扰。这是特别重要的在混合信号电路板之间的干扰模拟和数字部分需要预防的。
EMI控制:有很多你应该采取的步骤来减少辐射和EMI进行板内,远离你的董事会。同样,如果你想通过EMC测试,你可能需要采取进一步措施以限制EMI在你产品的包装。
热管理:更快的数据传输速率和更高的频率,甚至在组件运行低~ 1 V,重要的全面操作期间热量消散。这就是您需要考虑热管理策略来保持你的董事会的温度在安全操作范围内。这可能包括一个混合的主动和被动热管理技术,这取决于你的董事会将部署的环境。
路由和分层盘旋飞行设计:这是与上面提到的五个领域有关。路由和分层盘旋飞行携手并进在先进的PCB系统临界阻抗控制和串扰抑制整个董事会。同样,你的分层盘旋飞行电源完整性的主要决定因素在董事会运行在低水平。
高性能PCB系统往往设计成multiboard系统为了适应他们的附件。这些系统可以在底板配置设计(数据中心),主板/必要(在高性能计算),或一个复杂的多个flex / rigid-flex董事会的安排。所有上述地区将变得更加复杂,当你在multiboard环境中工作。其中最主要的是信号完整性,返回路径管理,和EMI控制,它可以创建复杂的内部和外部董事会辐射发射行为。
在快板PCB设计高性能multiboard系统
高性能PCB设计的考虑
电源完整性之间的复杂关系,信号完整性、EMI、分层盘旋飞行设计,路由在高性能PCB系统需要仔细注意你的布局。一个贫穷的布局会让你诊断潜在的信号噪声来源和权力问题,可以解决正确的设计选择。不正确的布局选择会加剧EMI和噪声问题,在较低的速度/较低的频率是不明显的系统。开始设计你的下一个高性能PCB是分层盘旋飞行,因为这将决定你后续的阻抗控制,噪声抑制和路由策略。
一旦你收到你的第一个原型,他们需要接受一系列的测试,以确保它们满足您的高绩效标准。如果你想消除一些原型和资格为先进的设备运行,然后再考虑以下几点在构建高性能PCB系统。
为高性能PCB线路板分层盘旋飞行
虽然分层盘旋飞行设计提到去年在上面的列表中,你应该第一时间开始创建您的设计。你的分层盘旋飞行将会决定你的路由并返回路径策略。与Gbps董事会运作sub-ns信号上升时间,你最可能会使用阻抗控制差动双路由在多个信号通道。当前的画在这个环境中可以极端,但正确的分层盘旋飞行将帮助确保董事会权力稳定运行。目前的画也会导致一个瞬态响应你的董事会的生产,可以增加定时抖动/驱动程序的输出相位噪声,以及时钟抖动。
损失保持在检查你的董事会可能需要使用另一种基材,电介质材料与high-k或性能。理想的分层盘旋飞行将使用一种材料具有高介电常数(实部)和极低的损耗角正切,因为这将提供更高的interplane电容电源完整性和低信号损失。不幸的是,像大多数工程设计决策,你不能同时满足这两个要求在每一个董事会和每一个带宽。这就是布线后和寄生提取模拟成为确保关键信号不会成为过度退化的原因介电损耗和色散。
阅读更多关于设计一个高性能PCB分层盘旋飞行。
示例层分层盘旋飞行快板PCB高性能PCB系统设计师
阻抗控制的输电线路路由
所有的痕迹都像输电线路,虽然设备运行在较低的速度和较低的频率没有显著影响。事实并非如此,当你与高性能PCB系统工作。防止信号反射在互联需要仔细的阻抗控制整个互连。高性能多氯联苯使用先进的多级信号和调制方案,阻抗控制在低信号水平甚至更严格的公差。
高性能多氯联苯与高绩效标准和调制信号通常使用差动双路由信号,这就需要精确耦合和长度匹配消除斜巷和抑制共模噪声信号。你的分层盘旋飞行,在某种程度上,确定跟踪维度需要使用,以确保一致的阻抗整个互连。这也将决定的水平的响当一个司机开关之间的产出水平。痕迹也应该在最短路径路由,以防止信号失真和传播过程中积累的损失。
如果你想了解更多关于输电线路阻抗控制路由,读到输电线路阻抗设计和终止。
人类发展指数路由在刚性、Rigid-flex和Flex多氯联苯
更高级的董事会,特别是在数据中心和移动环境中,需要适应多种渠道与高数据率越来越小的足迹。这就是您需要使用阻抗控制路由与人类发展指数设计适合您的系统到所需的包中。在移动领域,新的手机只用rigid-flex或flex多氯联苯为了创造更多的空间,更大的电池。
让所有必需的组件不增加房间的足印在移动设备已迫使更多的设计师在人类发展指数工作制度。这涉及到使用盲人和埋通过层之间移动和更高的层数与薄层厚度,所有可能放置在多个fully-flex多氯联苯。在人类发展指数与微分对板、布线后的后仿真变得越来越重要,以确保精确耦合互连的长度和阻抗控制。
这里有一些更多的信息人类发展指数设计高性能多氯联苯。
3 dworkbench高性能rigid-flex PCB设计
EMI抑制和屏蔽
高性能多氯联苯与小的外形需要更多法拉第笼屏蔽限制字段在一个设备。噪声在董事会可以进行组件之间,可以来自许多来源,包括电源噪声、辐射由于强大的瞬变,信号共振不匹配的行,和开关电路。
屏蔽EMI屏蔽罐是穷人的方法,可能并不适用于所有设备。通过栅栏设计更复杂的技术,利用带状线路由和分层盘旋飞行设计,并消除噪声源减少EMI至关重要。在高速信号标准,差动双也首选EMI的原因,因为他们抵制共模噪声,显著降低辐射相比,输电线路单端。
如果你想了解更多,请阅读减少EMI高性能多氯联苯。
多氯联苯的热管理
组件与晶体管密度高和大电流消耗会产生大量的热量,需要一个活跃的和/或被动热管理策略来保持组件温度在安全范围内。这可以包括使用散热器,风扇,散热或更极端的热管理方法。替代基质材料,如陶瓷,在这里有一个作用这些衬底材料可以有更高的热导率比FR4或其他高性能复合材料。
如果你想了解更多关于输电线路的影响,读到设计和模拟一个阻抗匹配网络。
踢你的主动热管理策略上场了用水冷却。
PCB设计和分析的高性能多氯联苯
创建高性能多氯联苯是使用正确的设计工具和评估你的设计在你的第一个原型运行。你的仿真结果将提供一个基线性能指标对比测试和测量结果从你的新董事会。如果你想让你的设计完美,你需要正确的设计工具套件评估高性能多氯联苯为您的下一个产品。
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