Q1 : Comment choisir le matériau de PCB (Printed Circuit Board) ?
A1 :Matériau de PCBdoit être sélectionné entièrement en fonction de l’équilibre entre les exigences de conception, la production en volume et le coût. Les exigences de conception impliquent des éléments électriques qui doivent être pris en sérieuse considération lors de la conception de circuits imprimés à haute vitesse. De plus, il faut tenir compte de la constante diélectrique et des pertes diélectriques, et vérifier si elles sont adaptées à la fréquence.
Q2 : Comment éviter les interférences haute fréquence ?
A2 : Le principe directeur pour surmonter les interférences haute fréquence consiste à réduire autant que possible la diaphonie, ce qui peut être réalisé en augmentant la distance entre les signaux haute vitesse et les signaux analogiques ou en ajoutant des pistes de garde ou de dérivation reliées à la masse à côté des signaux analogiques. De plus, il convient d’examiner attentivement les interférences de bruit causées par la masse numérique sur la masse analogique.
Q3 : Comment disposer les pistes transportant des signaux différentiels ?
A3 : Deux points doivent être pris en compte pour la conception des pistes transportant des signaux différentiels. D’une part, la longueur des deux lignes doit être identique ; d’autre part, l’espacement entre les deux lignes doit rester parallèle.
Q4 : Comment disposer les pistes transportant des signaux différentiels lorsqu’il n’y a qu’une seule ligne de signal d’horloge au niveau de la borne de sortie ?
A4 : Le principe de l’acheminement des pistes transportant des signaux différentiels est que les deux sources de signal ainsi que l’extrémité de réception doivent être des signaux différentiels. Par conséquent, le routage différentiel ne peut jamais fonctionner sur des signaux d’horloge ne comportant qu’une seule sortie.
Q5 : Peut-on ajouter une résistance adaptée entre les paires différentielles à l’extrémité de réception ?
R5 : Une résistance adaptée est généralement ajoutée entre les paires différentielles à l’extrémité de réception et sa valeur est égale à celle de l’impédance différentielle. Par conséquent, la qualité du signal sera meilleure.
Q6 : Pourquoi les pistes en paire différentielle doivent-elles être proches l’une de l’autre et parallèles ?
A6 : Les pistes en paire différentielle doivent être correctement rapprochées et parallèles. La distance entre les pistes de la paire différentielle est déterminée par l’impédance différentielle, qui est un paramètre de référence clé en matière de conception de paires différentielles.
Q7 : Comment résoudre les conflits entre le routage manuel et le routage automatique sur les signaux à haute vitesse ?
A7 : Aujourd’hui, la plupart des routeurs automatiques sont capables de contrôler la méthode de routage des fils et le nombre de vias en définissant des conditions de contraintes. Toutes les sociétés d’EDA diffèrent beaucoup les unes des autres en ce qui concerne les méthodes de routage et la définition des conditions de contraintes. La difficulté du routage automatique est étroitement liée aux capacités de routage. Par conséquent, ce problème peut être résolu en choisissant un routeur doté de hautes capacités de routage.
Q8 : Dans la conception de circuits imprimés à haute vitesse, la zone vierge des couches de signaux peut être recouverte de cuivre. Comment le cuivre doit-il être réparti sur plusieurs couches de signaux en ce qui concerne la mise à la masse et l’alimentation ?
A8 : En général, le cuivrage est principalement relié à la masse dans les zones vierges. La distance entre le cuivrage et les lignes de signal doit être rigoureusement conçue, car le cuivre déposé réduit légèrement l’impédance caractéristique. Parallèlement, l’impédance caractéristique des autres couches ne doit pas être affectée.
Q9 : L’impédance caractéristique sur un plan d’alimentation peut-elle être déterminée à l’aide du modèle de ligne micro-ruban ? Le modèle de ligne micro-ruban peut-il être utilisé pour les signaux entre le plan d’alimentation et le plan de masse ?
A9 : Oui. Lors de la procédure de calcul de l’impédance caractéristique, le plan d’alimentation et le plan de masse peuvent tous deux être considérés comme des plans de référence.
Q10 : Les points de test générés automatiquement sur des PCB haute densité peuvent-ils répondre aux exigences de test de la production de masse ?
R10 : Tout dépend du cas, à savoir si la réglementation concernant les points de test est compatible avec les exigences imposées par les machines de test. De plus, si le routage est trop dense et que les règles relatives aux points de test sont très strictes, il peut devenir impossible de placer des points de test sur chaque segment de piste. Bien sûr, des méthodes manuelles peuvent être utilisées pour compléter les points de test.
Q11 : L’ajout de points de test peut-il influencer la qualité des signaux à haute vitesse ?
A11 : Tout dépend du cas, de la méthode d’ajout des points de test et de la vitesse de propagation des signaux. En principe, les points de test sont obtenus soit en les ajoutant sur les pistes, soit en tirant un segment vers l’extérieur. Les deux méthodes peuvent affecter, à des degrés divers, les signaux à haute vitesse, et l’ampleur de cet effet est liée à la fréquence, à la vitesse et au taux de montée des signaux.
Q12 : Lorsqu’un ensemble de cartes PCB sont interconnectées pour former un système, comment les lignes de masse de chaque carte doivent-elles être reliées ?
A12 : Selon la loi des courants de Kirchhoff, lorsque la puissance ou les signaux sont envoyés de la carte A vers la carte B, une quantité équivalente de courant retournera vers la carte A par le plan de masse, et le courant sur le plan de masse reviendra par le chemin où l’impédance est la plus faible. Par conséquent, le nombre de broches connectées au plan de masse ne doit jamais être trop faible à chaque interface d’interconnexion de puissance ou de signal, afin de réduire à la fois l’impédance et le bruit sur la masse. De plus, l’ensemble de la boucle de courant doit être analysé, en particulier la partie où le courant est le plus élevé, et la connexion du plan de masse ou des lignes de masse doit être ajustée pour contrôler la circulation du courant et diminuer l’influence sur les autres signaux sensibles.
Q13 : Peut-on ajouter des lignes de masse au milieu des lignes de signaux différentiels ?
A13 : Fondamentalement, il est impossible d’ajouter des lignes de masse entre les lignes de signaux différentiels, car l’importance principale du principe des lignes de signaux différentiels réside dans l’avantage apporté par le couplage mutuel entre ces lignes, comme l’annulation de flux, l’immunité au bruit, etc. L’ajout de lignes de masse entre elles détruirait l’effet de couplage.
Q14 : Quel est le principe de sélection d’un point de masse approprié pour le PCB et le couvercle ?
A14 : Le principe consiste à tirer parti de la masse châssis pour fournir un chemin à faible impédance au courant de retour et pour contrôler le trajet de ce courant de retour. Par exemple, une vis peut être utilisée normalement à proximité d’un composant haute fréquence ou d’un générateur d’horloge pour relier le plan de masse du PCB à la masse châssis afin de réduire autant que possible la surface de la boucle de courant globale, c’est-à-dire de réduire les interférences électromagnétiques.
Q15 : Par où faut-il commencer le débogage du PCB ?
A15 : En ce qui concerne le circuit numérique, les opérations suivantes doivent être effectuées dans l’ordre. Premièrement, toutes les valeurs d’alimentation doivent être vérifiées afin de satisfaire en moyenne aux exigences de conception. Deuxièmement, toutes les fréquences des signaux d’horloge doivent être vérifiées pour fonctionner normalement et il ne doit pas y avoir de problème de non‑monotonie sur le front. Troisièmement, les signaux de réinitialisation doivent être vérifiés pour répondre aux exigences standard. Si les points ci‑dessus ont été confirmés, la puce doit émettre des signaux dès le premier cycle. Ensuite, le débogage sera effectué sur la base du protocole de fonctionnement du système et du protocole de bus.
Q16 : Quelle est la meilleure façon de concevoir un PCB à haute vitesse et haute densité lorsque la surface de la carte est fixe ?
A16 : Dans le processus de conception de PCB à haute vitesse et haute densité, il faut accorder une attention particulière aux interférences de diaphonie, car elles affectent fortement le minutage et l’intégrité du signal. Quelques solutions de conception sont proposées. Premièrement, il convient de contrôler la continuité et l’adaptation de l’impédance caractéristique du routage. Deuxièmement, il faut prêter attention à l’espacement, qui est normalement égal au double de la largeur de piste. Troisièmement, il faut choisir des méthodes de terminaison appropriées. Quatrièmement, le routage dans les couches adjacentes doit être réalisé dans des directions différentes. Cinquièmement, des vias borgnes/enterrés peuvent être utilisés pour augmenter la surface de routage. De plus, il convient de maintenir la terminaison différentielle et la terminaison en mode commun afin de réduire l’influence sur le minutage et l’intégrité du signal.
Q17 : Le circuit LC est généralement utilisé pour filtrer les ondes en puissance analogique. Pourquoi le LC offre-t-il parfois de meilleures performances que le RC ?
A17 : La comparaison entre LC et RC doit être fondée sur l’hypothèse que la bande de fréquences et l’inductance sont correctement choisies. Comme la réactance de l’inductance est liée à l’inductance et à la fréquence, si la fréquence de bruit de l’alimentation est trop basse et que l’inductance n’est pas suffisamment élevée, le LC fonctionne moins bien que le RC. Cependant, l’un des inconvénients du RC réside dans le fait que la résistance elle-même consomme de l’énergie avec un faible rendement.
Q18 : Quelle est la manière optimale de satisfaire aux exigences CEM sans pression sur les coûts ?
A18 : Le coût de la carte PCB est plus élevé en raison de la CEM, généralement parce que le nombre de couches augmente afin de renforcer la contrainte de blindage et que certains composants sont prévus, tels que les perles de ferrite ou les selfs de choc, qui sont utilisés pour arrêter les composantes d’ondes harmoniques haute fréquence. En outre, d’autres structures de blindage sur d’autres systèmes doivent être utilisées pourrépondre aux exigences CEM. Premièrement, des composants à faible vitesse de montée doivent être utilisés autant que possible afin de réduire les composantes haute fréquence générées par les signaux. Deuxièmement, les composants haute fréquence ne doivent jamais être placés trop près des connecteurs extérieurs. Troisièmement, l’adaptation d’impédance, la couche de routage et le chemin de retour du courant des signaux à haute vitesse doivent être soigneusement conçus pour réduire la réflexion et le rayonnement haute fréquence. Quatrièmement, des condensateurs de découplage suffisants doivent être placés aux broches d’alimentation afin de réduire le bruit sur le plan d’alimentation et le plan de masse. Cinquièmement, la masse près du connecteur extérieur peut être isolée du plan de masse et la masse du connecteur doit être proche de la masse du châssis.
Q19 : Lorsqu’un circuit imprimé comporte plusieurs modules numériques/analogiques, la solution habituelle consiste à séparer les modules numériques et analogiques. Pourquoi ?
A19 : La raison de la séparation des modules numériques et analogiques est que le bruit est généralement généré sur l’alimentation et la masse lors de la commutation entre les niveaux haut et bas, et que l’ampleur de ce bruit est liée à la vitesse du signal et à l’intensité du courant. Si les modules analogiques et numériques ne sont pas séparés et que le bruit généré par le module numérique est important, et que le circuit dans la zone analogique est similaire, alors même si les signaux analogiques et numériques ne se croisent pas, les signaux analogiques seront tout de même affectés par ce bruit.
Q20 : En ce qui concerne la conception de PCB à haute vitesse, comment faut-il mettre en œuvre l’adaptation d’impédance ?
A20 : En ce qui concerne la conception de PCB haute vitesse,adaptation d’impédanceest l’un des principaux facteurs à prendre en compte. L’impédance présente une relation absolue avec le routage. Par exemple, l’impédance caractéristique est déterminée par plusieurs éléments, notamment l’espacement entre la couche de microstrip ou de stripline/double stripline et la couche de référence, la largeur de routage, le matériau du PCB, etc. En d’autres termes, l’impédance caractéristique ne peut jamais être déterminée avant le routage. La solution essentielle à ce problème consiste à empêcher autant que possible l’apparition de discontinuités d’impédance.
Q21 : Dans le processus de conception de PCB à haute vitesse, quelles mesures doivent être prises en compte en matière de CEM/EMI ?
A21 : D’une manière générale, la conception CEM/EMI doit être envisagée à la fois sous les aspects rayonné et conduit. Le premier correspond à la partie dont la fréquence est plus élevée (supérieure à 30 MHz), tandis que le second correspond à la partie dont la fréquence est plus basse (inférieure à 30 MHz). Par conséquent, il faut prêter attention à la fois à la partie haute fréquence et à la partie basse fréquence. Une bonne conception CEM/EMI doit commencer par l’implantation des composants,Empilage de PCB, routage, sélection des composants, etc. Une fois ces aspects laissés de côté, le coût risque d’augmenter. Par exemple, le générateur d’horloge ne doit pas être placé trop près du connecteur extérieur autant que possible. De plus, les points de connexion doivent être correctement sélectionnés entre le PCB et le châssis.
Q22 : Qu’est-ce que la topologie de routage ?
A22 : La topologie de routage, également appelée ordre de routage, désigne l’ordre de routage dans un réseau comportant plusieurs terminateurs.
Q23 : Comment la topologie de routage doit-elle être ajustée pour augmenterintégrité du signal?
A23 : Ce type de signaux de réseau est si complexe que la topologie varie selon les directions, les niveaux et les types de signaux. Par conséquent, il est difficile de déterminer quel type de signaux est bénéfique pour la qualité du signal.
Q24 : Quelle est la raison du revêtement en cuivre ?
A24 : Il existe généralement plusieurs raisons au cuivrage. Premièrement, un cuivrage massif de masse ou d’alimentation aura un effet de blindage et certaines masses spéciales, comme la PGND, peuvent jouer un rôle de protection. Deuxièmement, pour garantir les hautes performances du placage électrolytique ou éviter la déformation du stratifié, il convient de déposer du cuivre sur les zones du circuit imprimé comportant peu de routage. Troisièmement, le cuivrage découle des exigences en matière d’intégrité du signal. Un chemin de retour complet doit être fourni aux signaux numériques haute fréquence et le routage du réseau continu (DC) doit être réduit. En outre, la dissipation thermique doit également être prise en compte.
Q25 : Qu’est-ce que le courant de retour ?
A25 : Lorsque des signaux numériques à haute vitesse sont en fonctionnement, les signaux circulent des pilotes vers le support le long de la ligne de transmission du PCB, puis reviennent à la borne du pilote par le chemin le plus court le long de la masse ou de l’alimentation. Les signaux de retour au niveau de la masse ou de l’alimentation sont appelés courant de retour.
Q26 : Combien existe-t-il de types de terminaux ?
A26 : La terminaison, également appelée adaptation, est généralement classée en adaptation côté source et adaptation côté charge. La première fait référence à l’adaptation par résistance en série, tandis que la seconde fait référence à l’adaptation en parallèle. De nombreuses méthodes sont disponibles, notamment la résistance de tirage vers le haut (pull-up), la résistance de tirage vers le bas (pull-down), l’adaptation de type Davenan, l’adaptation AC, l’adaptation par diode Schottky, etc.
Q27 : Quels éléments peuvent déterminer les types de correspondance ?
A27 : Le type d’adaptation est généralement déterminé par les caractéristiques du BUFFER, la topologie, les classifications de niveaux et le type de jugement. En outre, le rapport cyclique du signal et la consommation énergétique du système doivent également être pris en compte.
Q28 : Quelle inspection doit être effectuée sur le PCB avant qu’il ne soit livré par l’usine de fabrication ?
A28 : La plupart des fabricants de circuits imprimés effectuent un test de continuité sur les PCB avant qu’ils ne quittent l’usine, afin de s’assurer que tous les circuits sont correctement connectés. Jusqu’à présent, certains fabricants avancés réalisent une inspection par rayons X pour détecter certains défauts liés à la gravure ou au laminage. Pour les produits passant par l’assemblage SMT, un ICT est généralement appliqué, ce qui nécessite la mise en place de points de test ICT dès la phase de conception du PCB. Dès que des problèmes surviennent, un type spécial deInspection par rayons Xpeut également être utilisé.
Q29 : Pour un circuit composé de deux cartes PCB, doivent-elles partager la même masse ?
A29 : Un circuit composé de deux cartes PCB devrait normalement partager la même masse, car il est peu pratique d’utiliser deux alimentations distinctes dans un seul circuit. Bien sûr, si vos conditions le permettent, différentes alimentations peuvent également être utilisées. Après tout, cela aidera à réduire les interférences.
Q30 : Comment l’ESD doit-elle être prise en compte dans un système contenant un DSP et un PLD ?
A30 : En ce qui concerne les systèmes ordinaires, les parties en contact direct avec l’être humain doivent d’abord être prises en considération et des protections appropriées doivent être mises en place au niveau des circuits et des structures. L’ampleur de l’influence des décharges électrostatiques (ESD) sur le système est généralement déterminée en fonction des différentes situations. Dans un environnement sec, les ESD s’aggravent, en particulier sur les systèmes plus sensibles. Même si les systèmes de plus grande taille présentent des effets moins évidents liés aux ESD, ils doivent également faire l’objet d’une attention accrue.
Q31 : Pour la conception d’un circuit imprimé à 4 couches, quel côté doit recevoir un cuivrage sur les deux faces ?
A31 : Les aspects suivants doivent être pris en considération pour le cuivrage : le blindage, la dissipation thermique, le renforcement et les exigences de fabrication du PCB. Par conséquent, la raison principale doit être clairement identifiée. Par exemple, en termes de conception de PCB à haute vitesse, le blindage doit être la priorité. La mise à la masse de la surface est bénéfique pour la CEM et le cuivrage doit être réalisé de manière complète afin d’éviter les îlots isolés. De manière générale, si les composants en surface nécessitent trop de routage, il sera difficile de conserver la feuille de cuivre intacte. Il est donc recommandé de ne pas appliquer de cuivrage sur les cartes comportant de nombreux composants en surface ou un routage important.
Q32 : Dans le processus de routage de l’horloge, est-il nécessaire d’ajouter un blindage de masse des deux côtés ?
A32 : Cela dépend de la diaphonie ou des interférences électromagnétiques (EMI) de la carte. Si les lignes de masse de blindage ne sont pas correctement traitées, cela produira au contraire de mauvais effets.
Q33 : Quelle est la stratégie de routage d’horloge pour des signaux à différentes fréquences ?
A33 : En ce qui concerne le routage des lignes d’horloge, une analyse de l’intégrité du signal doit d’abord être effectuée et les principes de routage doivent être définis. Ensuite, il est temps de mettre en œuvre le routage sur la base de ces principes.
