Me kaikki tiedämme, että piirilevyn tekeminen on suunnitellun kytkentäkaavion muuttamista oikeaksi piirilevyksi. Älä aliarvioi tätä prosessia. On monia asioita, jotka ovat periaatteessa mahdollisia, mutta joita on vaikea saavuttaa projektissa, tai toiset voivat saavuttaa asioita, joita jotkut ihmiset eivät voi saavuttaa.

Mikroelektroniikan alan kaksi suurinta vaikeutta ovat korkeataajuisten signaalien ja heikkojen signaalien käsittely. Tässä suhteessa piirilevyjen tuotantotaso on erityisen tärkeä. Sama periaatesuunnittelu, samat komponentit ja eri ihmisten valmistamat piirilevyt johtavat erilaisiin tuloksiin, joten miten tehdä hyvä piirilevy?

1. Selvitä suunnittelutavoitteesi

Suunnittelutehtävän saatuaan on ensin selvennettävä sen suunnittelutavoitteet: tavallinen piirilevy, korkeataajuuspiirilevy, pienimuotoisen signaalinkäsittelyn piirilevy tai sekä korkeataajuus- että pienimuotoisen signaalinkäsittelyn piirilevy. Jos kyseessä on tavallinen piirilevy, kunhan asettelu on järkevä ja siisti ja mekaaninen koko on tarkka, kuten keskikuormituslinja ja pitkä linja, on käytettävä tiettyjä prosessointimenetelmiä kuormituksen vähentämiseksi ja pitkän linjan vahvistamiseksi, ja keskitytään pitkän linjan heijastuksen estämiseen. Kun levyllä on yli 40 MHz:n signaalilinjoja, näiden signaalilinjojen osalta on otettava huomioon erityishuomioita, kuten linjojen välinen ylikuuluminen ja muut seikat. Jos taajuus on korkeampi, johdotuksen pituudelle asetetaan tiukempi rajoitus. Hajautettujen parametrien verkkoteorian mukaan suurnopeuspiirin ja sen johtimien välinen vuorovaikutus on ratkaiseva tekijä, jota ei voida sivuuttaa järjestelmän suunnittelussa. Portin siirtonopeuden kasvaessa signaalilinjan vastus kasvaa vastaavasti, ja vierekkäisten signaalilinjojen välinen ylikuuluminen kasvaa suorassa suhteessa. Yleensä suurnopeuspiirien virrankulutus ja lämmönhukka ovat myös suuria, joten suurnopeuspiirilevyyn on kiinnitettävä riittävästi huomiota.

Kun piirilevyllä on heikko millivoltti- tai jopa mikrovolttitason signaali, näiden signaalilinjojen kanssa on oltava erityisen varovainen. Pienet signaalit ovat liian heikkoja ja erittäin alttiita muiden voimakkaiden signaalien aiheuttamille häiriöille. Suojaustoimenpiteet ovat usein tarpeen, muuten signaali-kohinasuhde heikkenee huomattavasti. Niinpä hyödylliset signaalit hukkuvat kohinaan, eikä niitä voida tehokkaasti erottaa.

Myös piirilevyn käyttöönottoa tulisi harkita suunnitteluvaiheessa. Testipisteen fyysistä sijaintia, testipisteen eristystä ja muita tekijöitä ei voida sivuuttaa, koska joitakin pieniä signaaleja ja korkeataajuisia signaaleja ei voida syöttää suoraan mittapäähän mittausta varten.

Lisäksi on otettava huomioon joitakin muita merkityksellisiä tekijöitä, kuten piirilevyn kerrosten lukumäärä, käytettyjen komponenttien pakkausmuoto, piirilevyn mekaaninen lujuus jne. Ennen piirilevyn tekemistä on otettava huomioon suunnittelun tavoite.

2. Tunne käytettyjen komponenttien toimintojen asettelu ja johdotusvaatimukset

Kuten tiedämme, joillakin erikoiskomponenteilla, kuten LOTI:lla ja APH:n käyttämällä analogisella signaalivahvistimella, on erityisvaatimuksia asettelun ja johdotuksen suhteen. Analoginen signaalivahvistin vaatii vakaan virtalähteen ja pienen aaltoilun. Analogisen piensignaaliosan tulee olla mahdollisimman kaukana virtalähteestä. OTI-levyllä piensignaalinvahvistinosa on myös erityisesti varustettu suojauksella hajaantuvien sähkömagneettisten häiriöiden estämiseksi. NTOI-levyllä käytetty GLINK-siru käyttää ECL-prosessia, joten sen virrankulutus on suuri ja lämmöntuotto on voimakasta. Lämmöntuotto-ongelma on otettava huomioon asettelussa. Jos käytetään luonnollista lämmöntuottoa, GLINK-siru on sijoitettava paikkaan, jossa ilmankierto on esteetöntä, eikä vapautuva lämpö vaikuta merkittävästi muihin siruihin. Jos levy on varustettu torvella tai muilla suuritehoisilla laitteilla, se voi aiheuttaa vakavaa virtalähteen saastumista, ja myös tähän kohtaan on kiinnitettävä riittävästi huomiota.

3. Komponenttien asettelun huomioon ottamista

Yksi ensimmäisistä komponenttien sijoittelussa huomioon otettavista tekijöistä on sähköinen suorituskyky. Komponentit tulisi sijoittaa mahdollisimman lähelle toisiaan. Erityisesti joillakin suurnopeuslinjoilla sijoittelun tulisi olla mahdollisimman lyhyt, ja tehosignaalin ja pienten signaalilaitteiden tulisi olla erillään. Piiripiirin suorituskyvyn saavuttamiseksi komponenttien tulisi olla siististi sijoitettuja, kauniita ja helposti testattavia. Myös levyn mekaanista kokoa ja pistorasian sijaintia tulisi harkita vakavasti.

Maadoituksen ja yhteenliitännän siirtoviiveaika suurnopeusjärjestelmässä on myös ensimmäinen huomioon otettava tekijä järjestelmän suunnittelussa. Signaalilinjan siirtoajalla on suuri vaikutus järjestelmän kokonaisnopeuteen, erityisesti suurnopeus-ECL-piirissä. Vaikka integroitu piirilevy itsessään on nopea, järjestelmän nopeutta voidaan pienentää huomattavasti pohjalevyn yhteisen yhteenliitännän aiheuttaman viiveajan kasvun vuoksi (noin 2 ns viive 30 cm:n linjan pituutta kohden). Kuten siirtorekisteri, myös synkronointilaskurin tapauksessa tämä synkronointityöosa on parasta sijoittaa samalle lisäkorttilevylle, koska kellosignaalin siirtoviiveaika eri lisäkorttilevyille ei ole sama, mikä voi aiheuttaa siirtorekisterin päävirheen. Jos synkronointia ei voida sijoittaa samalle levylle, synkronointi on avainasemassa yhteisen kellolähteen ja lisäkorttilevyn välisen kellolinjan pituuden on oltava sama.

4. Johdotusten huomioitavaa

OTNI- ja tähtikuituverkkojen suunnittelun valmistuttua tulevaisuudessa suunnitellaan lisää yli 100 MHz:n levyjä, joissa on nopeat signaalilinjat.