Разработка высокоскоростной печатной платы редко сводится к решению одной-единственной задачи.
Печатная плата может пройти проверку на соответствие правилам проектирования, но при этом на ней могут наблюдаться отражения сигналов, нестабильность напряжения питания, чрезмерные электромагнитные помехи или низкий выход готовой продукции. В большинстве случаев эти проблемы можно проследить до решений, принятых на ранних этапах процесса проектирования.
Использование структурированного контрольного списка перед отправкой файлов Gerber помогает сократить количество доработок проекта и повысить вероятность успешного выполнения с первого раза.
Начните с определения структуры печатной платы
Перед началом трассировки необходимо окончательно утвердить компоновку.
Расположение слоев определяет:
- опорные плоскости сигнала
- стабильность импеданса
- эффективность маршрутизации
- распределение электроэнергии
Изменение компоновки после трассировки, как правило, приводит к ненужной переработке проекта.
Дополнительные рекомендации см. в Проектирование высокоскоростных печатных плат (6-слойных vs 8-слойных vs 10-слойных).
Определить требования к контролируемому импедансу
Если в конструкции предусмотрены высокоскоростные интерфейсы, перед компоновкой необходимо уточнить требования к импедансу.
К типичным примерам относятся:
- Односторонние дорожки сопротивлением 50 Ом
- Дифференциальные пары 100 Ом
Совместно с производителем печатных плат проверьте структуру слоев и геометрию трасс, а не полагайтесь исключительно на результаты расчетов.
Похожие статьи: Проектирование печатных плат с управляемым импедансом.
Проверить опорные плоскости
Каждый критический сигнал должен иметь непрерывную плоскость отсчёта.
Не следует прокладывать сигналы через:
- раскол самолета
- крупные пустоты
- участки с прерывистым заземлением
Непрерывный обратный путь снижает скачки импеданса и сводит к минимуму нежелательное излучение.
Обзор трассировки дифференциальных пар
Пары дифференциалов должны оставаться неизменными на протяжении всей схемы.
Проверьте:
- одинаковые длины трасс
- равномерное расстояние
- минимальный перекос
- согласованные системы отсчёта
Частые изменения расстояний между элементами или наличие лишних переходных отверстий могут ухудшить качество сигнала.
Сокращение переходов через «Via»
Каждая переходная отверстие изменяет электрический путь.
Хотя сквозные отверстия неизбежны, чрезмерное количество смен слоев приводит к увеличению:
- разрывы импеданса
- вносимые потери
- отражение сигнала
По возможности критически важные сигналы должны оставаться на одном и том же слое.
Похожие статьи: Проектирование сквозных отверстий печатной платы в высокоскоростных схемах.
Оценка системы распределения электроэнергии
Необходимо проводить анализ целостности питания одновременно с анализом целостности сигнала.
Убедитесь, что:
- развязывающие конденсаторы размещаются рядом с выводами питания микросхемы
- плоскости питания и заземления являются сплошными
- пути обратного тока остаются короткими
Стабильная подача питания повышает общую производительность системы.
Похожие статьи: Проектирование системы питания печатных плат.
Проверить плотность маршрутизации
Плотное размещение схем часто приводит к проблемам при производстве и тестировании.
Рецензия:
- расстояние между линиями
- балансировка медных труб
- зазор между компонентами
- стратегия распределения
Добавление ещё одного слоя для сигналов зачастую является более удачным решением, чем прокладка трасс через участки с высокой плотностью компонентов.
Учтите требования к производству
Перед публикацией данных о производстве убедитесь, что конструкция поддается практической реализации.
Просмотрите такие пункты, как:
- минимальная ширина трассы
- минимальное расстояние
- по размерам
- кольцевые кольца
- зазор под паяльной маской
Своевременные проверки на предмет технологичности (DFM) снижают производственные риски и повышают выход готовой продукции.
Похожие статьи: Высокоскоростное проектирование печатных плат для производства и рентабельности.
Подготовка печатной платы к тестированию
Тестирование не следует рассматривать как заключительный этап.
Убедитесь, что проект включает в себя:
- доступные контрольные точки
- программные интерфейсы
- отладка подключений
- достаточный зазор зонда
Эти функции упрощают проведение проверок и устранение неисправностей в процессе производства.
Провести заключительное рассмотрение проекта
Перед созданием файлов для печати проведите тщательную проверку.
Среди вопросов, которые стоит задать, можно выделить следующие:
- Все ли трассы с регулируемым импедансом обозначены?
- Имеют ли критические сигналы непрерывные плоскости отсчёта?
- Проложены ли дифференциальные пары единообразно?
- Сеть электроснабжения построена?
- Подтверждены ли производственные возможности?
- Была ли печатная плата проверена на предмет доступности для тестирования?
В ходе структурированного анализа часто выявляются проблемы, которые не удается обнаружить с помощью автоматической проверки на соответствие правилам проектирования.
Следуйте практическому процессу проверки
- Шаг 1
Завершить разработку структуры печатной платы и утвердить выбор материалов.
- Шаг 2
Уточните требования к импедансу у производителя печатных плат.
- Шаг 3
Проверьте маршрутизацию сигналов, обратные пути и переходы через переходные отверстия.
- Шаг 4
Проверьте схему распределения питания, расположение развязывающих элементов и опорные плоскости.
- Шаг 5
Перед передачей производственных файлов необходимо провести проверку на DFM и DFT.
Распространенные ошибки при проектировании
К числу наиболее распространенных проблем, выявленных в ходе проверки печатных плат, относятся:
- определение компоновки после начала трассировки
- прокладка высокоскоростных сигналов через разделённые плоскости
- добавление ненужных переходных отверстий в критические цепи
- размещение развязывающих конденсаторов слишком далеко от выводов микросхемы
- публикация производственных данных без проведения полного анализа проекта
Большинство этих проблем можно избежать, если внедрить последовательную процедуру проверки.
Заключение
Производительность высокоскоростных печатных плат зависит от решений, принимаемых на всех этапах процесса проектирования, а не только на этапе трассировки.
Проанализировав перед началом производства такие аспекты, как компоновка, импеданс, пути обратного тока, целостность питания, технологичность и процедуры тестирования, инженеры могут сократить количество итераций при разработке и повысить надежность продукции.
Хорошо составленный контрольный список помогает выявить потенциальные проблемы на раннем этапе, когда их ещё легко и недорого устранить.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
A: Планирование слоевой схемы является одним из важнейших этапов, поскольку оно влияет на импеданс, пути обратного сигнала и стратегию трассировки.
A: Ширина и расстояние между дорожками зависят от выбранной схемы слоевой структуры. Изменение этих параметров на более позднем этапе часто требует внесения изменений в макет.
A: Фиксированного числа нет, но следует избегать ненужных переходных отверстий, поскольку каждый переход вносит дополнительные разрывы.
A: Проверки на соответствие правилам проектирования обеспечивают проверку заранее определённых правил, однако они не позволяют учесть все аспекты, связанные с целостностью сигнала, технологичностью изготовления или тестированием.
A: Обе проверки должны быть завершены до формирования производственных файлов, чтобы снизить вероятность возникновения проблем на производстве и повысить эффективность тестирования.
