Wir alle wissen, dass die Herstellung einer Leiterplatte darin besteht, den entworfenen Schaltplan in eine echte Leiterplatte umzusetzen. Bitte unterschätzen Sie diesen Prozess nicht. Vieles ist zwar prinzipiell machbar, im Projekt aber schwer umzusetzen, oder es lassen sich Dinge erreichen, die manche Menschen nicht erreichen können.

Die beiden größten Schwierigkeiten in der Mikroelektronik sind die Verarbeitung von Hochfrequenzsignalen und schwachen Signalen. In dieser Hinsicht ist das Niveau der Leiterplattenproduktion besonders wichtig. Das gleiche Prinzipdesign, die gleichen Komponenten und die von verschiedenen Personen hergestellten Leiterplatten führen zu unterschiedlichen Ergebnissen. Wie stellt man also eine gute Leiterplatte her?

1. Seien Sie sich über Ihre Designziele im Klaren

Nach Erhalt einer Designaufgabe müssen zunächst die Designziele geklärt werden: gewöhnliche Leiterplatte, Hochfrequenz-Leiterplatte, Kleinsignalverarbeitungs-Leiterplatte oder sowohl Hochfrequenz- als auch Kleinsignalverarbeitungs-Leiterplatte. Bei gewöhnlichen Leiterplatten ist, solange das Layout sinnvoll und übersichtlich ist und die mechanischen Abmessungen, wie z. B. Leitungen mit mittlerer Last und lange Leitungen, korrekt sind, besondere Maßnahmen zur Verarbeitung erforderlich, um die Last zu reduzieren und lange Leitungen zu verstärken. Der Schwerpunkt liegt auf der Vermeidung von Reflexionen durch lange Leitungen. Bei Signalleitungen mit mehr als 40 MHz auf der Platine sind besondere Überlegungen hinsichtlich Übersprechens zwischen den Leitungen und anderer Aspekte anzustellen. Bei höheren Frequenzen ist die Länge der Leitungen strenger begrenzt. Gemäß der Netzwerktheorie verteilter Parameter ist die Wechselwirkung zwischen der Hochgeschwindigkeitsschaltung und ihren Leitungen der entscheidende Faktor, der beim Systemdesign nicht vernachlässigt werden darf. Mit zunehmender Übertragungsgeschwindigkeit des Gates steigt der Widerstand auf der Signalleitung entsprechend an, und das Übersprechen zwischen benachbarten Signalleitungen nimmt direkt proportional zu. Normalerweise sind auch der Stromverbrauch und die Wärmeableitung von Hochgeschwindigkeitsschaltungen hoch, daher sollte der Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte ausreichend Aufmerksamkeit gewidmet werden.

Wenn auf der Platine ein schwaches Signal im Millivolt- oder sogar Mikrovoltbereich anliegt, ist besondere Sorgfalt bei der Handhabung dieser Signalleitungen geboten. Kleine Signale sind zu schwach und sehr anfällig für Störungen durch andere starke Signale. Oft sind Abschirmmaßnahmen erforderlich, da sonst das Signal-Rausch-Verhältnis stark reduziert wird. Nutzsignale werden dadurch vom Rauschen übertönt und können nicht effektiv extrahiert werden.

Auch die Inbetriebnahme der Platine sollte in der Entwurfsphase berücksichtigt werden. Der physische Standort des Testpunkts, die Isolierung des Testpunkts und andere Faktoren dürfen nicht ignoriert werden, da einige kleine Signale und Hochfrequenzsignale nicht direkt zur Messung an die Sonde angelegt werden können.

Darüber hinaus sollten einige andere relevante Faktoren berücksichtigt werden, wie beispielsweise die Anzahl der Schichten der Platine, die Verpackungsform der verwendeten Komponenten, die mechanische Festigkeit der Platine usw. Bevor Sie mit der Herstellung einer Leiterplatte beginnen, sollten Sie bei der Gestaltung das Designziel im Hinterkopf behalten.

2.Kennen Sie die Layout- und Verdrahtungsanforderungen der Funktionen der verwendeten Komponenten

Bekanntlich stellen einige Spezialkomponenten besondere Anforderungen an Layout und Verdrahtung, wie etwa LOTI und der von APH verwendete analoge Signalverstärker. Der analoge Signalverstärker benötigt eine stabile Stromversorgung und geringe Welligkeit. Der analoge Kleinsignalteil sollte möglichst weit vom Leistungsgerät entfernt sein. Auf der OTI-Platine ist der Kleinsignalverstärkungsteil zusätzlich mit einer speziellen Abschirmung ausgestattet, um elektromagnetische Streustörungen abzuschirmen. Der auf der NTOI-Platine verwendete GLINK-Chip verwendet das ECL-Verfahren, hat einen hohen Stromverbrauch und eine starke Wärmeentwicklung. Die Wärmeableitung muss beim Layout berücksichtigt werden. Bei natürlicher Wärmeableitung muss der GLINK-Chip an einer Stelle mit gleichmäßiger Luftzirkulation platziert werden, damit die abgegebene Wärme keine großen Auswirkungen auf andere Chips haben kann. Wenn die Platine mit einem Horn oder anderen Hochleistungsgeräten ausgestattet ist, kann die Stromversorgung stark verschmutzt werden; auch diesem Punkt sollte besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden.

3. Überlegungen zum Komponentenlayout

Einer der wichtigsten Faktoren bei der Anordnung der Komponenten ist die elektrische Leistung. Platzieren Sie die Komponenten möglichst nahe beieinander. Insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsleitungen sollte das Layout möglichst kurz sein und Stromsignal- und Kleinsignalgeräte getrennt angeordnet werden. Um die Schaltungsleistung zu gewährleisten, sollten die Komponenten sauber platziert, ansprechend gestaltet und leicht zu testen sein. Auch die mechanische Größe der Platine und die Position des Sockels sollten sorgfältig berücksichtigt werden.

Die Übertragungsverzögerungszeit von Masse und Verbindung in Hochgeschwindigkeitssystemen ist ebenfalls der wichtigste Faktor, der bei der Systementwicklung berücksichtigt werden muss. Die Übertragungszeit auf der Signalleitung hat einen großen Einfluss auf die Gesamtsystemgeschwindigkeit, insbesondere bei Hochgeschwindigkeits-ECL-Schaltungen. Obwohl der integrierte Schaltkreis selbst eine hohe Geschwindigkeit aufweist, kann die Systemgeschwindigkeit durch die erhöhte Verzögerungszeit der gemeinsamen Verbindung auf der Bodenplatte (ca. 2 ns Verzögerung pro 30 cm Leitungslänge) stark reduziert werden. Wie Schieberegister und Synchronisationszähler werden diese Synchronisationsbausteine ​​am besten auf derselben Steckkarte platziert, da die Übertragungsverzögerungszeit des Taktsignals auf verschiedenen Steckkarten unterschiedlich ist. Dies kann zu Hauptfehlern im Schieberegister führen. Ist die Platzierung auf einer Karte nicht möglich, ist die Synchronisation entscheidend. Die Taktleitungslänge von der gemeinsamen Taktquelle zur Steckkarte muss gleich sein.

4.Überlegungen zur Verkabelung

Mit der Fertigstellung des OTNI- und Sternfasernetzwerkdesigns werden in Zukunft weitere 100-MHz- und mehr-Karten mit Hochgeschwindigkeitssignalleitungen entwickelt.