La conception de circuits imprimés (PCB) est essentielle au travail des ingénieurs électriciens et il n’est pas manifestement facile de concevoir un PCB parfait. Un PCB parfait découle non seulement de la rationalité de la sélection et de la répartition des composants, mais aussi de sa haute conductivité des signaux. Dans cette thèse, les connaissances relatives aux techniques de routage pour la conception de circuits à signaux haute vitesse sur PCB seront présentées et exposées afin d’apporter une aide à votre travail d’ingénierie.
Routage de circuits imprimés basé sur une carte multicouche
Lors de la conception de circuits imprimés, la plupart des ingénieurs préfèrent réaliser le routage des signaux rapides en utilisant des cartes multicouches. En plus de son rôle de cœur du circuit imprimé, ce type de carte multicouche est également capable de réduire les interférences du circuit, ce qui constitue une méthode principale pour les ingénieurs confrontés à ce type de problème. Lors de la conception d’un circuit à signaux haute vitesse sur un circuit imprimé basé sur l’utilisation d’une carte multicouche, les ingénieurs doivent réduire la taille de la carte en déterminant de manière rationnelle le nombre de couches, afin de tirer le meilleur parti de la couche intermédiaire pour la mise en place d’un blindage permettant une mise à la masse de proximité, ce qui peut efficacement diminuer l’inductance parasite, raccourcir la longueur de transmission des signaux, réduire les interférences croisées entre signaux, etc. Toutes ces méthodes sont très bénéfiques pour la fiabilité des circuits à signaux haute vitesse.
Outre les méthodes ci-dessus visant à augmenter la fiabilité de la transmission des signaux sur PCB à l’aide de cartes multicouches, certaines données faisant autorité montrent qu’avec le même matériau, le bruit généré par une carte à quatre couches est inférieur de 20 dB à celui généré par une carte à deux couches. Pour le pliage des pistes, moins il y a de courbures, mieux c’est. Il est préférable d’utiliser une piste continue et, lorsqu’un pliage est nécessaire, on peut utiliser une piste à 45 degrés ou une piste en arc afin de réduire l’émission vers l’extérieur des signaux à haute vitesse et le couplage mutuel, ce qui diminue à la fois le rayonnement et la réflexion.
Rendre la broche de liaison entre les composants dans un circuit haute vitesse aussi courte que possible
Dans le processus de conception et de routage de circuits à signaux haute vitesse sur PCB, les ingénieurs doivent rendre les broches de liaison entre les composants du circuit haute vitesse aussi courtes que possible. En effet, plus la liaison est longue, plus l’inductance et la capacité réparties sont importantes, ce qui entraîne des réflexions et des oscillations dans le circuit haute vitesse.
Outre le raccourcissement de la broche de liaison entre les composants dans un circuit à haute vitesse, l’alternance des couches d’interconnexion entre les broches des composants sur chaque circuit à haute vitesse doit être réduite au minimum lors du routage du PCB, ce qui signifie que les vias utilisés pour la connexion des composants doivent être aussi peu nombreux que possible. En général, un via peut introduire une capacité répartie d’environ 0,5 pF, ce qui entraînera clairement une augmentation du retard du circuit. Parallèlement, dans le processus decircuit à grande vitesseLors du routage, l’interférence croisée induite par le routage parallèle à courte distance des lignes de signal doit être pleinement prise en compte. Si la distribution parallèle ne peut pas être évitée, une grande zone de masse peut être placée à l’arrière des lignes de signal parallèles afin de réduire l’interférence. Dans deux couches adjacentes, la direction de routage doit être perpendiculaire.
Mise à la masse autour des lignes de signal particulièrement importantes ou de certaines parties locales
Dans le processus de conception du routage PCB, il est recommandé par les ingénieurs d’utiliser un blindage par la masse autour des lignes de signaux particulièrement importantes ou de certaines parties locales. Le routage est effectué pour les signaux moins sensibles aux interférences, tels que le signal d’horloge et le signal analogique haute vitesse, tandis qu’un fil de masse de protection est ajouté en périphérie, avec les lignes de signaux à protéger au centre. Cela est dû au fait qu’aucun type de routage de signal ne doit former de boucle, pas plus que le fil de masse. Cependant, si un circuit de routage en boucle se forme, de fortes interférences apparaîtront dans le système. L’avantage du routage avec un fil de masse entourant les lignes de signaux permet d’éviter efficacement les boucles au cours du routage. Il est recommandé de placer un ou plusieurs condensateurs de découplage haute fréquence à proximité de chaque bloc de circuit intégré. Lorsque le fil de masse analogique ou numérique est connecté à la masse commune, un élément de choc haute fréquence doit être utilisé. Certaines lignes de signaux haute vitesse nécessitent un traitement particulier. Par exemple, un signal différentiel doit se trouver sur la même couche et être routé de manière aussi parallèle et rapprochée que possible. Aucun signal ne doit être inséré entre les lignes de signaux différentiels et chacune doit avoir la même longueur.
Outre les méthodes mentionnées ci-dessus, lors de la conception du routage des signaux sur un PCB, les ingénieurs doivent essayer d’éviter les dérivations de lignes de signaux à haute vitesse ou la formation de branches mortes (stubs). Étant donné qu’un rayonnement électromagnétique relativement important peut être généré lorsque des lignes de signaux haute fréquence sont placées sur la couche de surface, ces lignes de signaux haute fréquence doivent être disposées entre les plans d’alimentation et de masse, de sorte que le rayonnement généré soit fortement réduit grâce à l’absorption électromagnétique par le plan d’alimentation et la couche inférieure.
Bien sûr, dans un projet pratique, la théorie ne précède jamais la pratique. J’aimerais partager une partie de mon expérience en matière de conception de routage de PCB. Tout d’abord, si vous n’êtes pas le seul concepteur de routage d’un PCB, prévoyez suffisamment de temps pour vérifier la conception des routeurs. Une petite précaution vaut bien mieux qu’une grande remédiation. C’est une idée stupide de s’attendre à ce que les routeurs comprennent ce que vous pensez. Vos conseils et vos instructions sont les plus importants au stade initial de la conception du routage. Plus vous pouvez fournir d’informations et plus vous vous impliquez dans la conception, meilleurs seront les PCB que vous obtiendrez. Voici une bonne méthode : vous pouvez fixer un point d’achèvement provisoire pour l’ingénieur en conception de PCB afin que la procédure de routage se déroule strictement selon vos étapes. Cette méthode s’apparente à une boucle fermée, dans laquelle le routage ne sortira pas de la trajectoire, de sorte que la possibilité de retouches sera réduite au minimum.
Les instructions que vous devez fournir à vos ingénieurs de routage comprennent alors : une brève description de la fonction du circuit ; le croquis du PCB avec les emplacements d’entrée et de sortie indiqués ;Couche PCBdes informations telles que l’épaisseur, le nombre de couches, les informations détaillées de chaque couche de signal et de chaque plan de masse ; le type de signal requis pour chaque couche ; les exigences concernant l’emplacement des composants importants ; les emplacements précis des composants de découplage ; la signification des pistes imprimées ; la signification des circuits nécessitant des pistes imprimées à impédance contrôlée ; les circuits nécessitant la longueur de correspondance ; la taille des composants ; les pistes imprimées, circuits ou composants nécessitant un espacement ou un rapprochement ; le type de composants placés sur la face supérieure ou inférieure.
Ressources utiles
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