Sappiamo tutti che realizzare una scheda PCB significa trasformare lo schema progettato in una scheda PCB vera e propria. Non sottovalutate questo processo. Ci sono molte cose fattibili in linea di principio ma difficili da realizzare nel progetto, oppure altri possono ottenere risultati che altri non riescono a raggiungere. Mood.
Le due principali difficoltà nel campo della microelettronica sono l'elaborazione di segnali ad alta frequenza e segnali deboli. In questo senso, il livello di produzione dei PCB è particolarmente importante. Lo stesso principio di progettazione, gli stessi componenti, PCB prodotti da persone diverse daranno risultati diversi, quindi come realizzare una buona scheda PCB?
1. Sii chiaro sui tuoi obiettivi di progettazione
Dopo aver ricevuto un incarico di progettazione, la prima cosa da fare è chiarirne gli obiettivi di progettazione, che possono essere una scheda PCB ordinaria, una scheda PCB ad alta frequenza, una scheda PCB per l'elaborazione di piccoli segnali o una scheda PCB per l'elaborazione di entrambi i tipi, sia ad alta frequenza che a piccoli segnali. Se si tratta di una scheda PCB ordinaria, purché il layout sia ragionevole e ordinato e le dimensioni meccaniche siano precise, come ad esempio una linea di carico medio e una linea lunga, è necessario utilizzare determinati mezzi di elaborazione, ridurre il carico e rafforzare la trasmissione su linee lunghe, con l'obiettivo di prevenire riflessioni su linee lunghe. Quando sulla scheda sono presenti linee di segnale con frequenze superiori a 40 MHz, è necessario prestare particolare attenzione a queste linee di segnale, come la diafonia tra le linee e altri problemi. Se la frequenza è maggiore, ci sarà un limite più rigoroso alla lunghezza del cablaggio. Secondo la teoria delle reti a parametri distribuiti, l'interazione tra il circuito ad alta velocità e i suoi fili è un fattore decisivo, che non può essere ignorato nella progettazione del sistema. Con l'aumento della velocità di trasmissione del gate, l'opposizione sulla linea di segnale aumenterà di conseguenza e la diafonia tra linee di segnale adiacenti aumenterà in modo direttamente proporzionale. Solitamente, anche il consumo energetico e la dissipazione del calore dei circuiti ad alta velocità sono elevati, pertanto è opportuno prestare la dovuta attenzione al PCB ad alta velocità.
In presenza di un segnale debole, dell'ordine dei millivolt o addirittura dei microvolt, sulla scheda è necessaria particolare attenzione per queste linee di segnale. I segnali deboli sono troppo deboli e molto sensibili alle interferenze di altri segnali più forti. Spesso sono necessarie misure di schermatura, altrimenti il rapporto segnale/rumore si riduce notevolmente. In questo modo, i segnali utili vengono sovrastati dal rumore e non possono essere estratti efficacemente.
Nella fase di progettazione occorre considerare anche la messa in servizio della scheda: la posizione fisica del punto di prova, l'isolamento del punto di prova e altri fattori non possono essere ignorati, perché alcuni segnali di piccola entità e ad alta frequenza non possono essere aggiunti direttamente alla sonda per la misurazione.
Inoltre, è necessario considerare altri fattori rilevanti, come il numero di strati della scheda, la forma dell'imballaggio dei componenti utilizzati, la resistenza meccanica della scheda, ecc. Prima di realizzare una scheda PCB, è necessario tenere a mente l'obiettivo di progettazione.
2. Conoscere i requisiti di layout e cablaggio delle funzioni dei componenti utilizzati
Come sappiamo, alcuni componenti speciali richiedono requisiti particolari in termini di layout e cablaggio, come il LOTI e l'amplificatore di segnale analogico utilizzato da APH. L'amplificatore di segnale analogico richiede un'alimentazione stabile e un ripple ridotto. Il componente per il piccolo segnale analogico deve essere posizionato il più lontano possibile dal dispositivo di alimentazione. Sulla scheda OTI, anche il componente per l'amplificazione del piccolo segnale è dotato di una schermatura specifica per schermare le interferenze elettromagnetiche vaganti. Il chip GLINK utilizzato sulla scheda NTOI utilizza il processo ECL, il consumo energetico è elevato e il calore generato è elevato. Il problema della dissipazione del calore deve essere considerato nel layout. Se si utilizza la dissipazione naturale del calore, il chip GLINK deve essere posizionato in un luogo in cui la circolazione dell'aria sia fluida e il calore rilasciato non possa avere un impatto significativo sugli altri chip. Se la scheda è dotata di un corno o di altri dispositivi ad alta potenza, è possibile che l'alimentazione venga seriamente contaminata; anche questo aspetto dovrebbe essere oggetto di sufficiente attenzione.
3. Considerazioni sulla disposizione dei componenti
Uno dei primi fattori da considerare nella disposizione dei componenti sono le prestazioni elettriche. Posizionare i componenti con connessioni ravvicinate il più possibile. Soprattutto per alcune linee ad alta velocità, la disposizione dovrebbe essere la più corta possibile e i dispositivi di potenza e di piccolo segnale dovrebbero essere separati. Per garantire le prestazioni del circuito, i componenti dovrebbero essere posizionati in modo ordinato, esteticamente gradevoli e facili da testare. Anche le dimensioni meccaniche della scheda e la posizione del socket dovrebbero essere considerate attentamente.
Anche il ritardo di trasmissione di massa e interconnessione in un sistema ad alta velocità è il primo fattore da considerare nella progettazione del sistema. Il tempo di trasmissione sulla linea del segnale ha un impatto significativo sulla velocità complessiva del sistema, in particolare per il circuito ECL ad alta velocità. Sebbene il blocco del circuito integrato stesso abbia un'elevata velocità, la velocità del sistema può essere notevolmente ridotta a causa dell'aumento del ritardo causato dall'interconnessione comune sulla piastra inferiore (circa 2 ns di ritardo per 30 cm di lunghezza della linea). Come il registro a scorrimento, anche il contatore di sincronizzazione è preferibile che questo componente di sincronizzazione sia posizionato sulla stessa scheda plug-in, poiché il ritardo di trasmissione del segnale di clock a diverse schede plug-in non è uguale, il che può causare l'errore principale del registro a scorrimento. Se non è possibile posizionarlo su una scheda, la sincronizzazione è fondamentale: la lunghezza della linea di clock dalla sorgente di clock comune alla scheda plug-in deve essere uguale.
4. Considerazioni sul cablaggio
Con il completamento della progettazione della rete in fibra OTNI e a stella, in futuro saranno progettate altre schede da 100 MHz e oltre con linee di segnale ad alta velocità.
