Hochgeschwindigkeits-PCb-Design

Was ist eine Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte?

Hochgeschwindigkeitsleiterplatten (HPC) haben spezifische Designanforderungen für Hochgeschwindigkeitssignalübertragung, Hochfrequenzanwendungen und Layout mit hoher Dichte. Im Vergleich zu herkömmlichen Leiterplatten müssen bei HPCs während des Entwurfs- und Herstellungsprozesses mehr Aspekte wie Signalintegrität, elektromagnetische Verträglichkeit und Wärmemanagement berücksichtigt werden.

Einsatzmöglichkeiten und Vorteile von High-Speed PCB

Hochgeschwindigkeits-PCBs sind Leiterplatten mit hohen Anforderungen in Bezug auf Signalrate, Frequenz und Datenübertragungsvolumen.Sie sind weit verbreitet in der Kommunikations-, Computer-, Luft- und Raumfahrttechnik und anderen Bereichen, um den Anforderungen der Hochgeschwindigkeits-Signalübertragung, Hochfrequenz-Anwendungen und High-Density-Layout gerecht zu werden.
Gute Hochfrequenzeigenschaften:Durch die Verwendung von Hochfrequenzmaterialien wie Hochfrequenzplatten und Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante werden Signaldämpfung und -verzerrung wirksam reduziert.
Rauscharme Eigenschaften:Reduzieren Sie Rauschstörungen durch Abschirmungstechnologie und Erdungstechnologie, um Signalreinheit und Stabilität zu gewährleisten.
Hohe Packungsdichte:Die Microvia-Technologie und die Multilayer-Board-Technologie werden eingesetzt, um eine höhere Integration und Schaltungsdichte zu erreichen.
Leistungsstarke Merkmale:Impedanzanpassungstechnologie und Signalintegritätsanalyse-Technologie werden eingesetzt, um Signalreflexion, Übersprechen und Dämpfung zu reduzieren und die Signalintegrität und -stabilität zu verbessern.

Warum ist es wichtig, vor dem Proofing einen PCB-Designprozess durchzuführen?

Die Gründe für die PCB-Design Der Prozess vor der Probenahme umfasst hauptsächlich die folgenden Aspekte:
Sicherstellung der Durchführbarkeit des Entwurfsprogramms: In der Entwurfsphase können Sie die Angemessenheit des Schaltplans und des PCB-Layouts überprüfen, um die Durchführbarkeit des Entwurfsprogramms in der Praxis sicherzustellen. Wenn Probleme während der Entwurfsphase gefunden und geändert werden, können größere Probleme während der Bemusterungsphase vermieden werden, was Zeit und Kosten spart.
Optimieren Sie die Verdrahtung und die Auswahl der Komponenten:In der Entwurfsphase können die Designer die Verdrahtung optimieren, um Signalstörungen und Übertragungsverzögerungen zu reduzieren, und geeignete Komponenten auswählen, um die Leistung und Stabilität der Leiterplatte zu gewährleisten. Eine korrekte Verdrahtung und Komponentenauswahl verbessern nicht nur die Leistung der Leiterplatte, sondern reduzieren auch die Herstellungsschwierigkeiten und -kosten.
Verringerung von Fehlern und Auslassungen:Elektrische Anschlussfehler oder Auslassungen können durch strenge Überprüfung und Tests während der Entwurfsphase minimiert werden, um die Integrität und Korrektheit des Entwurfs sicherzustellen.Dies hilft, unnötige Änderungen und Nacharbeiten während des Prototyping-Prozesses zu vermeiden.
Einhaltung der Konstruktionsspezifikationen:Während des Entwurfsprozesses müssen die relevanten Entwurfsspezifikationen wie Verdrahtungsbreite, Abstände, Öffnungsdurchmesser usw. eingehalten werden.Diese Spezifikationen wirken sich nicht nur auf die Leistung der Leiterplatte aus, sondern stehen auch im Zusammenhang mit den Schwierigkeiten und Kosten der Leiterplattenproduktion. Die Einhaltung der Spezifikationen kann die Qualität und Zuverlässigkeit der Leiterplatte gewährleisten.
Produktionsdateien vorbereiten:Nach Fertigstellung des Entwurfs müssen die Entwurfsdateien in das für die Produktion erforderliche Format konvertiert werden, einschließlich Gerber-Dateien, Stücklistenblätter, Bohrdateien usw.Diese Dateien werden für das Prototyping und die Produktion verwendet.Diese Dateien bilden die Grundlage für das Prototyping und die Produktion und gewährleisten einen reibungslosen Produktionsprozess.

Leitfaden für Hochgeschwindigkeits-PCB-Design

Das Design von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten (PCB) ist entscheidend geworden.Ob es sich um ein 5G-Gerät, einen Hochleistungscomputer oder ein IoT-Produkt handelt, es muss Hochfrequenzsignale verarbeiten.Ein schlechtes Layout kann zu Signalverzerrungen, Problemen mit elektromagnetischen Störungen (EMI) und sogar zu Systemausfällen führen.

1. Geschichtetes Design
   Bei Hochgeschwindigkeitsschaltungen spielt das Design der Schichten eine sehr wichtige Rolle, ähnlich wie ein Autobahnbett.
   Bei Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten ist ein vernünftiger Lagenaufbau unerlässlich:
   Mindestens 4 Schichten verwenden (Signal – Masse – Strom – Signal)
   Sicherstellen, dass kritische Signalschichten eng mit benachbarten planaren Schichten gekoppelt sind
   Erwägen Sie die Verwendung eines symmetrischen Schichtaufbaus, um den Verzug zu verringern.
   Platzieren Sie Hochfrequenzsignale in den inneren Schichten, um die Strahlung zu minimieren.
   Denken Sie daran: Ein gutes Layer-Stack-Design kann Probleme mit der Signalintegrität um mehr als 50 % reduzieren!
2. Impedanzkontrolle
   Impedanzfehlanpassung ist der Feind der Hochgeschwindigkeitsplatinenentwicklung:
   Calculate and control microstrip and stripline impedance (typically 50Ω or 100Ω differential).
   Bestätigen Sie die Leiterplattenparameter (z. B. den Dk-Wert für FR4) mit dem Leiterplattenhersteller.
   Halten Sie die Ausrichtungsbreite konstant, um plötzliche Ausdünnungen zu vermeiden.
   Die Ausrichtung der Differentialpaare sollte von streng gleicher Länge sein (Längenunterschied <5mil)
   Tipp: Verwenden Sie Tools wie SI9000 zur Impedanzberechnung, raten Sie nicht einfach!
3. Integrität der Stromversorgung
   Hochgeschwindigkeitsschaltungen haben einen extrem hohen Energiebedarf:
   Verwenden Sie Entkopplungskondensatoren mit niedrigem ESR/ESL (0402-Gehäuse ist besser als 0603)
   Follow the “large capacitors near the power supply, small capacitors near the chip” principle
   Power plane division should be reasonable, to avoid the formation of “islands”.
   Erwägen Sie den Einsatz von Simulationswerkzeugen für die Energieintegrität (z. B. HyperLynx PI).
   Ein weit verbreiteter Irrtum: Je mehr Kondensatoren, desto besser - falsches Layout ist schlechter!
4. Techniken zur Signalführung
   Die Ausrichtung von Hochgeschwindigkeitssignalen stellt besondere Anforderungen:
   3W principle: line spacing ≥ 3 times the line width
   Avoid 90° corners (use 45° or arc instead)
   Kritische Signale (z. B. Uhren) sollten vorrangig behandelt werden.
   Hochgeschwindigkeitssignale sollten die Trennungslücke zwischen den Ebenen nicht überschreiten
   Die Längenanpassung ist wichtiger als Sie denken!
5. Die Kunst der Erdung
   The grounding system is the “silent hero” of the high-speed printed circuit board:
   Verwenden Sie mehrere Erdungspunkte anstelle eines einzigen Punktes (effektiver bei hohen Frequenzen).
   Avoid “ground loops” to form antennas.
   Trennen Sie digitale und analoge Masse, aber isolieren Sie sie nicht vollständig.
   Lassen Sie unter kritischen Chips eine Reihe von Erdungslöchern.
   Denken Sie daran: Es gibt kein perfektes Erdungsschema, sondern nur dasjenige, das am besten zu Ihrem Entwurf passt!
6. EMI-Kontrolle
   Elektromagnetische Störungen sind der Feind des Hochgeschwindigkeitsdesigns:
   Keep sensitive signals away from the board edge (≥20 mil).
   Use grounded shielded vias to “fence” critical signals
   Verringerung von Reflexionen durch Auswahl geeigneter Abschlusswiderstände
   Erwägen Sie die Verwendung eingebetteter kapazitiver Materialien
   Spaßfakt: Viele EMI-Probleme sind auf eine schlechte Erdung zurückzuführen!
7. Entwurfsverifizierung
   Abschließende Checkliste:
   Führen Sie nach Abschluss der DRC-Prüfung eine weitere manuelle Überprüfung durch
   Fordern Sie den Impedanztestbericht vom Verkäufer an.
   Führen Sie Signalintegritätssimulationen durch, bevor Sie kleine Serien produzieren.
   Testpunkte für die Fehlersuche reservieren
   Lektion gelernt: ein Team übersprang die Simulation direkt zur Massenproduktion; das Ergebnis ist, dass 30% der Platinen nicht funktionieren!

Konstruktionsprinzipien und Schlüsseltechnologien

Signalintegrität (SI): Das Design von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten erfordert die Kontrolle der Impedanz von Übertragungsleitungen, der Abschlussimpedanz und der differentiellen Impedanz sowie den Einsatz spezieller Verdrahtungsstrategien und Abschlussanpassungstechniken, um Signalreflexionen und Übersprechen zu reduzieren.
Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV):Abschirmung, Erdung und Energiemanagement müssen bei der Entwicklung berücksichtigt werden, um elektromagnetische Störungen zu reduzieren und sicherzustellen, dass das Gerät in einer elektromagnetischen Umgebung ordnungsgemäß funktioniert.
Wärmemanagement:Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten erzeugen während des Betriebs Wärme und erfordern ein vernünftiges Design von Wärmeableitungsstrukturen und -materialien, um zu verhindern, dass Überhitzung die Leistung und Zuverlässigkeit beeinträchtigt.
Auswahl des Materials
High-Speed-Leiterplatten sind strenger in der Materialauswahl, in der Regel mit geringem Verlust, niedriger Dielektrizitätskonstante und niedrigem dielektrischen Verlustfaktor der Platte, um die Stabilität und Zuverlässigkeit der Signalübertragung zu gewährleisten.
Herstellungsprozess
Der Herstellungsprozess von Hochgeschwindigkeitsleiterplatten umfasst eine präzise Verdrahtung, Impedanzkontrolle und Oberflächenbehandlung. So hat die Shenzhen Xinhongxing Multilayer Circuit Co., Ltd. ein Patent für eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung für hochdichte zusammengeschaltete Leiterplatten angemeldet, die Luftblasen stark reduziert und eine gleichmäßige Beschichtung mit Hilfe von Vibrations- und Rotationsmotoren sowie einer Neigung des Führungssitzes zur Anpassung an die Eigenrotation der Leiterplatte ermöglicht, um eine dichte Beschichtung und stabile elektrische Leistung zu gewährleisten.

Umfang der Anwendung

Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten (High-Speed-PCBs) werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, u. a. in folgenden Bereichen
Schalter für Datenzentren: Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten spielen eine wichtige Rolle in Rechenzentrums-Switches, da sie die Integrität und Stabilität der Hochgeschwindigkeits-Signalübertragung gewährleisten und den effizienten Betrieb von großen Rechenzentren unterstützen.
AI-Server:Mit der Aufrüstung von KI-Servern und EGS-Plattformen ist die Nachfrage nach Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten erheblich gestiegen. Zum Beispiel treibt die Anwendung von OAM-Boards, UBB-Boards und CPU-Motherboards in KI-Servern den Markt für Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten an.
Intelligenz im Automobil:Im Bereich der Automobilelektronik werden Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten eingesetzt, um die intelligenten Funktionen von Automobilen zu realisieren, wie z.B. automatisches Fahren und Unterhaltungssysteme im Fahrzeug, um die hohe Leistung und Stabilität der elektronischen Systeme zu gewährleisten.
Kommunikationsgeräte:Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten werden häufig in Kommunikationsgeräten eingesetzt, um Hochfrequenz-, Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisionsdatenübertragungen zu unterstützen und die Signalintegrität und geringe Latenzzeiten im Übertragungsprozess zu gewährleisten.
Computer-Hardware: In High-End-Computer-Hardware werden Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten für Hochleistungsrechner und Datenverarbeitung eingesetzt, die einen stabilen und effizienten Datenübertragungsweg bieten.
Medizinische Geräte: Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten werden in medizinischen Geräten eingesetzt, um eine präzise Steuerung und Datenübertragung zu gewährleisten und so die Leistung und Zuverlässigkeit der medizinischen Geräte zu verbessern.
Industrielle Steuerung:Im Bereich der industriellen Steuerung werden Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten zur Realisierung komplexer industrieller Steuerungs- und Datenverarbeitungssysteme eingesetzt, die einen stabilen Betrieb und eine hohe Effizienz des Systems gewährleisten.