高速PCB设计和Apsim仿真工具.ppt
《高速PCB设计和Apsim仿真工具.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高速PCB设计和Apsim仿真工具.ppt(91页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、EMC Technology Ltd.,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,在中国,Apsim产品由,EMC Technology Ltd,提供,全部本地化的技术服务,本地培训,汉化的培训资料汉化的用户手册,强大的本地技术支持队伍,本地的专家咨询,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,内,容,1.引言2.信号完整性问题3.电磁兼容性问题4.电源完整性问题5
2、.高频电路设计一般规范6.数模混合电路设计一般规范7.Apsim产品介绍Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,高频电路的定义,在数字电路中,是否是高频电路,F2=1/(Tr),Tr为信号的上升下降延时,间,取决于信号的上升沿和下降沿,而不是信号的,频率。,F2 100MHz,就应该按照高频电路进行考,虑,下列情况必须按高频规则进行设计,系统时钟频率超过50MHz,采用了上升/下降时间少于5ns的器件 数字/模拟混合电路,Apsim Confidential.Applied S
3、imulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,6,5,高频电路的定义 逻辑器件的上升/下降时间和布线长度限制上 升/下 主 要 谐 波 频谱分布 最 大 传 输 线 最 大 传 输降时间 Tr 分量 F2=1/Fmax=10*距离(微带)线距离(微,Tr,F2,带线),74HC74LS74H74S74HCT74ALS74FCT74FECL12KECL100K,13-15ns9.5ns4-6ns3-4ns5-15ns2-10ns2-5ns1.5ns1.5ns0.75ns,24MHz34 MHz80 MHz106 MHz64 MHz160 M
4、Hz160 MHz212 MHz212 MHz424 MHz,240 MHz340MHz800MHz1.1GHz640MHz1.6GHz1.6GHz2.1GHz2.1GHz4.2GHz,117cm85.5cm352745181812.512.5,91cm66.5cm282134131310.510.5,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,高频电路的定义,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All
5、 Rights Reserved.,传统的PCB设计方法,原理图设计和输入布局、布线制作PCB功能、性能测试通过?取证测试(功能、性能、EMC)通过?,传统的设计方法没有任何质量控制点每一步设计都是凭经验发现问题就必须从头开始问题的查找非常困难-多层PCB-BGA封装影响产品上市时间开发费用大,ENDApsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,信号完整性问题,反射问题串扰问题,过冲和振荡,时延,Apsim Confidential.Applied Simulation Techno
6、logy,Inc.2001.All Rights Reserved.,反射问题,传输线上的回波。信号功率(电压和电流)的一部分传输到线上并达到负载处,但是有一部分被反射了。,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,多点反射,实际测量结果,Apsim仿真结果,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,反射原因,源端与负载端阻抗不匹配布线的几何形状,布线的走向,过孔不
7、正确的线端接,经过连接器的传输,电源平面的不连续等。,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,串扰问题,串扰:两条信号线之间的耦合,容性串扰,当线路以一定的距离彼此靠近时,会出现,这种情况。,容性耦合引发耦合电流,感性串扰,不需要的变压器的原线圈和次级线圈之间,的信号耦合,感性耦合引发耦合电压。,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,串扰问题,PCB板层的参数
8、、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。,电容和电感的串扰随负载阻抗的增加而增加,因此所有易受串扰影响的线路都应当端接线路阻抗。,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,减少容性串扰的方法 分离信号线路,可以减少信号线路间电容性耦合的能量。利用地线分离信号线路,可以减少电容的耦合。为了提高有效性,地线应每隔,/4英寸与地层连接。,波长是指信,号在单位时间传送的距离。一般原则:每2-5cm打过孔。Apsim Confidential.Applied
9、 Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,容性串扰的仿真结果,有地线护送,无地线护送,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,减少感性串扰的方法,为了解决电感的串扰问题,应当尽可能地减,小环路的大小。,通过避免信号返回线路共享共同的路径这种,情况,也可以减少电感串扰。,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reser
10、ved.,过冲和振荡,过冲(overshoot),过冲能够引起假时钟或总线数据读/写错误。,振荡(ringing),振荡的现象是反复出现过冲和下冲。,信号的振荡和环绕振荡由线上过度的电感和电容引起,振荡属于欠阻尼状态而环绕振荡属于过阻尼状态。,振荡可以通过适当的端接予以减小,但不可能,完全消除。,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,时延,一组总线内各信号线的不同时延,时钟 与信号线间 的不,尽可能保证宽的窗口,同时延Apsim Confidential.Applied Si
11、mulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,电磁兼容性问题,电磁干扰(EMI)问题,环路设计,形成天线效应,电源层的槽缝会构成了四分之一波长的天线,密集过孔(如BGA封装器件)大型接插件(特别是背板),感性元件。,注意:在元件面的两个平行放置的电感会构成,变压器。,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,第三层,信号层,地电源层,不合理的回流路径导致EMI,第一层第五层,地电源层,Apsim Confidential.Ap
12、plied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,地电平面不完整引起的EMI,地电平面的不完整会引起大的EMI,不考虑地电平面不完整情况的仿真是不精确的,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,SI与EMI的折中,无阻尼电阻,有阻尼电阻,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,电源完整性问题,大功
13、率高速器件,需要很大的瞬态电流,地层、电源层不完整,分割、过孔 接插件,滤波电容,数量、容量、布局、,类型,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,Z(m),Zbetweenpowerandground,去耦电容数量,di,目标阻抗和去耦电容数量,1000,Source Electronic Design:Nov.2000.,100,V LdtV jLI,1,000,101,Z,VI,Freq,0.11990,1995,2000,1001990,Year,2000,Apsim
14、Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,电源滤波电容的选择,C0G(非铁磁的)类型的0.01F电容比其它类型的0.1F电容在高频时具有更好的滤波性能,系统既有高频噪音也有低频噪音,通过并联大电容、小ESL器件、极小ESL器件可扩展滤波范围,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,原理图设计规范,一般规则和要求,信号完整性及电磁兼容性考虑PCB 完成后原理图与PCB的对应,A
15、psim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,原理图设计规范一般规则和要求,按统一的要求选择图纸幅面、图框格式、,电路图中的图形符号、文字符号。,应根据该产品的电工作原理,各元器件自右,到左,自上而下的排成一列或数列。,图面安排时,电源部分一般安排在左下方,,输入端在右方,输出在左方。,图中可动元件(如继电器)的工作状态,,原则上处于开断,不加电的工作位置。将所有芯片的电源和地引脚全部利用。,Apsim Confidential.Applied Simulation Technolog
16、y,Inc.2001.All Rights Reserved.,原理图设计规范,信号完整性及电磁兼容性考虑,对输入输出的信号要加相应的滤波/吸收器件;必,要时加硅瞬变电压吸收二极管或压敏电阻,在高频信号输出端串电阻。,高频区的退耦电容要选低ESR的电解电容或钽,电容,退耦电容容值确定时在满足纹波要求的条件下,选择更小容值的电容,以提高其谐振频率点,各芯片的电源都要加退耦电容,同一芯片中各模块的电源要分别加退耦电容;如为高频则须在靠电源端加磁珠电感。,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Rese
17、rved.,原理图设计规范,PCB 完成后原理图与PCB的对应,对PCB分布参数敏感的元件(如滤波电容,时钟阻尼电阻,高频滤波的磁珠电感等)的标称值进行核对优化,如有变更及时更新原理图和,BOM,由PCB Layout 时重排标号信息更新原理图和,BOM,生成的BOM文件中,元器件明细表中不允许出现无型号的器件。相同型号的器件不允许采用不同的表示方法,如4.7K的电阻只能用4.7K表示,不允许采用4K7,4.7k等表示方法。,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,PCB设计规
18、范,元器件库的制作,元器件布局,光学点的放置,电源滤波,线宽及间距,高频时钟差分信号,PCB分层考虑,信号完整性及电磁兼容要求,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,PCB设计规范,元器件库的制作,严格按照元器件厂家提供的数据设计元,器件库,必须排除累计误差。,元器件的引脚焊盘过孔内径提供孔化后孔径,同时在向PCB厂家提供PCB设计文件时必须注明“所有孔径为孔化后孔径”。,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc
19、.2001.All Rights Reserved.,PCB设计规范,元器件布局,尽可能参考评估板进行布局设计。,要求模拟与数字空间隔离;接口模块与主控模块,空间隔离;输入和输出隔离。,高频滤波电容必须靠近器件的电源/地引脚。,PCB底面放置元件时要考虑结构所允许的元件最,高尺寸,靠近边框4mm内不允许放置元件。,SMT与SMT零件间距0.5mm以上 SMT与DIP零件间距0.5mm以上,螺丝孔/定位孔的半径6mm内不可放置任何元件,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,PC
20、B设计规范,元器件布局,跳线器或SOCKET的放置要考虑其易操做,不,可放于高器件(如SLOT)之间,元器件放置要考虑散热:主发热元件靠近出风,口,大体积元件的放置避开风路,BGA封装的元器件的放置要避免于PCB正中,间等易变形区,元器件排列尽可能整齐(左右对齐);极性方,向力求相同。,排列在一起的小元件(电阻、电容、电感、,二极管等),其标号尽可能连续。,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,PCB设计规范光学点的放置,光学点用于SMT器件焊接定位用,为直,径40mil的无
21、孔无阻焊层焊盘。,PCB板至少需二个以上的光学点,且须对,角放置,BGA封装的器件及引脚数多于100(含100)条的其他封装器件,其对角线必须放置一对光学点。,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,光学点的放置,光学点应放置在器件外围5mm以内。光学点周围3mm之内不可放置任何元件,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,PCB设计规范,电源滤波,电源引入处必
22、须考虑低频和高频的滤波。,低频滤波电容均匀分布在PCB上,每个大功率器件应安装一个16uF以上的电解电容或钽电容;并由其所放位置处负载的特性及纹波要求确定适当的容值,ESR和ESL。,元器件的每个(组)电源/地均应安装至少一个,高频滤波电容。,当元器件或模组的工作频率较高时要在相应的,高频滤波电容靠系统电源端加电感或磁磁珠 高频滤波电容必须靠近器件的电源/地引脚。,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,PCB设计规范,线宽及间距,尽可能保持宽线宽,所有布线必须8mil以上,,
23、特殊情况需要主管同意。常规线宽10mil以上。,在BGA封装的元件面/焊接面的内层焊接球允许,使用8mil引出,其他情况应使用10mil。,模拟信号线的线宽12mil以上。线/线间距(外延):8mil 线/孔间距(外延):8mil 孔/孔间距(外延):8mil,总线中的线/线间距(外延):12mil,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,PCB设计规范,高频时钟,高频时钟(20MHz以上的时钟,或上升,沿少于5ns的时钟)必须有地线护送。,时钟的线宽至少10mil,护送地线的
24、线宽至少20mil。高频信号线的保护地线两端必需由过孔与地层相连,且每5cm左右要打过孔与地层相连。,时钟发送侧必须串接一个22220欧姆左,右的阻尼电阻。,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,PCB设计规范,高频时钟,地线护送,与数据线基本等长,在发送侧加阻尼电阻不走直角手工布线,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,PCB设计规范,差分信号,差分信号要
25、求在,同一层上且尽可能的靠近平行走线,差分信号之间不允许插入任何信号。并要求等长。,Apsim对ECL差分电路的仿真,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.2001.All Rights Reserved.,PCB设计规范,PCB分层考虑,在有类似的评估板参考时,按照评估板,进行。,在多层板时,建议:,元件面、焊接面:敏感信号线,第二层、倒数第二层:地电源层,没有电源/地平面隔离的两个信号层的信号,走向尽可能的垂直。,Apsim Confidential.Applied Simulation Technology,Inc.20
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高速 PCB 设计 Apsim 仿真 工具

链接地址:https://www.31ppt.com/p-2967638.html