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Qu'est-ce qu'un circuit imprimé à grande vitesse ?
Les cartes de circuits imprimés à grande vitesse (HPC) ont des exigences de conception spécifiques pour la transmission de signaux à grande vitesse, les applications à haute fréquence et l'agencement à haute densité. Par rapport aux circuits imprimés traditionnels, les circuits imprimés à grande vitesse nécessitent davantage de considérations au cours du processus de conception et de fabrication, notamment en ce qui concerne l'intégrité des signaux, la compatibilité électromagnétique et la gestion thermique.
Utilisations et avantages des circuits imprimés à grande vitesse
Cartes de circuits imprimés à grande vitesse sont des cartes de circuits imprimés répondant à des exigences élevées en termes de taux de signalisation, de fréquence et de volume de transmission de données.Elles sont largement utilisées dans les domaines de la communication, de l'informatique, de l'aérospatiale et autres pour répondre aux besoins de transmission de signaux à grande vitesse, d'applications à haute fréquence et d'agencement à haute densité.
Bonnes caractéristiques haute fréquence :L'utilisation de matériaux haute fréquence, tels que les cartes haute fréquence et les matériaux à faible constante diélectrique, réduit efficacement l'atténuation et la distorsion du signal.
Caractéristiques de faible bruit :Réduction des interférences sonores grâce à une technologie de blindage et de mise à la terre qui garantit la pureté et la stabilité du signal.
Caractéristiques de haute densité :La technologie Microvia et la technologie des cartes multicouches sont adoptées pour améliorer l'intégration et la densité des circuits.
Caractéristiques de haute performance :La technologie d'adaptation d'impédance et la technologie d'analyse de l'intégrité du signal sont utilisées pour réduire la réflexion, la diaphonie et l'atténuation du signal, et pour améliorer l'intégrité et la stabilité du signal.
Pourquoi est-il important d'avoir un processus de conception de circuits imprimés avant l'épreuvage ?
Les raisons de la Conception de circuits imprimés avant l'échantillonnage comprend principalement les aspects suivants :
Garantir la faisabilité du programme de conception : la phase de conception permet de vérifier la vraisemblance du schéma du circuit et de la conception du circuit imprimé, afin de garantir la faisabilité du programme de conception dans les applications pratiques. Si les problèmes sont détectés et modifiés pendant la phase de conception, des problèmes plus importants peuvent être évités pendant la phase d'échantillonnage, ce qui permet d'économiser du temps et de l'argent.
Optimiser le câblage et la sélection des composants :Lors de la phase de conception, les concepteurs peuvent optimiser le câblage afin de réduire les interférences et les délais de transmission des signaux, et sélectionner les composants appropriés pour garantir les performances et la stabilité de la carte. Un câblage et une sélection de composants appropriés permettent non seulement d'améliorer les performances de la carte, mais aussi de réduire les difficultés et les coûts de fabrication.
Réduire les erreurs et les omissions :Les erreurs ou omissions de connexion électrique peuvent être minimisées par un examen et des essais rigoureux au cours de la phase de conception afin de garantir l'intégrité et l'exactitude de la conception.Cela permet d'éviter les modifications et les retouches inutiles au cours du processus de prototypage.
Respect des spécifications de conception :Au cours du processus de conception, il est nécessaire de respecter les spécifications de conception pertinentes, telles que la largeur du câblage, l'espacement, le diamètre de l'ouverture, etc.Ces spécifications n'affectent pas seulement les performances de la carte de circuit imprimé, mais sont également liées à la difficulté et au coût de la production de la carte de circuit imprimé. Le respect des spécifications peut garantir la qualité et la fiabilité de la carte.
Préparer les fichiers de production :Une fois la conception terminée, les fichiers de conception doivent être convertis au format requis pour la production, y compris les fichiers Gerber, les feuilles de nomenclature, les fichiers de perçage, etc.Ces fichiers sont utilisés pour le prototypage et la production.Ces fichiers sont utilisés pour le prototypage et la production. Ils constituent la base du prototypage et de la production et garantissent un processus de production sans heurts.
Guide de conception des circuits imprimés à grande vitesse
La conception de cartes de circuits imprimés (PCB) à haute vitesse est devenue critique.Qu'il s'agisse d'un appareil 5G, d'un ordinateur haute performance ou d'un produit IoT, il doit gérer des signaux à haute fréquence.Une mauvaise disposition peut entraîner une distorsion du signal, des problèmes d'interférences électromagnétiques (EMI), voire une défaillance du système.
- Conception en couches
La conception des couches joue un rôle très important dans les circuits à grande vitesse, tout comme la plate-forme d'une autoroute.
Pour les cartes de circuits imprimés à grande vitesse, il est essentiel de disposer d'une structure de couches raisonnable :
Utilisez au moins 4 couches (signal – ; terre – ; alimentation – ; signal).
Veiller à ce que les couches de signaux critiques soient étroitement couplées aux couches planaires adjacentes
Envisager l'utilisation d'une structure de couches superposées symétriques pour réduire le gauchissement.
Localiser les signaux à haute fréquence dans les couches internes afin de minimiser les radiations.
N'oubliez pas qu'une bonne conception de la pile de couches peut réduire les problèmes d'intégrité du signal de plus de 50 % ! - Contrôle de l'impédance
La discordance d'impédance est l'ennemi de la conception des cartes à grande vitesse :
Calculate and control microstrip and stripline impedance (typically 50Ω or 100Ω differential).
Confirmer les paramètres de la carte (par exemple, la valeur Dk pour FR4) avec le fabricant de la carte.
Maintenir la largeur de l'alignement constante pour éviter un amincissement soudain
L'alignement des paires différentielles doit être de longueur strictement égale (différence de longueur <5mil)
Conseil : utilisez des outils tels que SI9000 pour calculer l’impédance, ne vous contentez pas de deviner ! - Intégrité de l'alimentation
Les circuits à grande vitesse ont des besoins en énergie extrêmement élevés :
Utiliser des condensateurs de découplage à faible ESR/ESL (le boîtier 0402 est préférable au 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”.
Envisager l'utilisation d'outils de simulation de l'intégrité de l'alimentation (par exemple HyperLynx PI).
Erreur courante : penser que plus il y a de condensateurs, mieux c'est. Une mauvaise disposition est pire ! - Techniques d'acheminement des signaux
L'alignement des signaux à grande vitesse est soumis à des exigences particulières :
3W principle: line spacing ≥ 3 times the line width
Avoid 90° corners (use 45° or arc instead)
Les signaux critiques (par exemple, les horloges) doivent être prioritaires.
Les signaux à grande vitesse ne doivent pas traverser l'espace de séparation des plans
La concordance des longueurs est plus importante que vous ne le pensez ! - L'art de la mise à la terre
The grounding system is the “silent hero” of the high-speed printed circuit board:
Utiliser plusieurs points de mise à la terre plutôt qu'un seul (plus efficace aux hautes fréquences).
Avoid “ground loops” to form antennas.
Séparer les masses numériques et analogiques sans les isoler complètement
Laissez un réseau de vias de mise à la terre sous les puces critiques.
N'oubliez pas : il n'existe pas de schéma de mise à la terre parfait, mais seulement celui qui convient le mieux à votre projet ! - Contrôle EMI
Les interférences électromagnétiques sont l'ennemi de la conception à grande vitesse :
Keep sensitive signals away from the board edge (≥20 mil).
Use grounded shielded vias to “fence” critical signals
Réduire les réflexions en choisissant des résistances de terminaison appropriées
Envisager l'utilisation de matériaux capacitifs intégrés
Fait amusant : de nombreux problèmes d'interférence électromagnétique sont dus à une mauvaise conception de la mise à la terre ! - Vérification de la conception
Liste de contrôle finale :
Après avoir effectué le contrôle DRC, procédez à un nouvel examen manuel.
Demander le rapport du test d'impédance au vendeur
Effectuer des simulations d'intégrité du signal avant la production de petits lots.
Réserver des points de test pour le débogage
Leçon apprise : une équipe a sauté la simulation pour passer directement à la production de masse ; le résultat est que 30 % des cartes ne fonctionnent pas !
Principes de conception et technologies clés
Intégrité du signal (SI) : La conception de circuits imprimés à grande vitesse exige le contrôle de l'impédance des lignes de transmission, de l'impédance de terminaison et de l'impédance différentielle, ainsi que l'utilisation de stratégies de câblage spéciales et de techniques d'adaptation des terminaisons pour réduire la réflexion et la diaphonie des signaux.
Compatibilité électromagnétique (CEM) :La conception du blindage, la conception de la mise à la terre et la gestion de l'alimentation doivent être prises en compte dans la conception afin de réduire les interférences électromagnétiques et de garantir que l'équipement fonctionne correctement dans un environnement électromagnétique.
Gestion thermique :Les circuits imprimés à grande vitesse génèrent de la chaleur pendant leur fonctionnement et nécessitent une conception raisonnable des structures et des matériaux de dissipation de la chaleur afin d'éviter que la surchauffe n'affecte les performances et la fiabilité.
Sélection des matériaux
Les circuits imprimés à grande vitesse font l'objet d'une sélection plus rigoureuse des matériaux, utilisant généralement des cartes à faible perte, à faible constante diélectrique et à faible facteur de perte diélectrique pour garantir la stabilité et la fiabilité de la transmission des signaux.
Processus de fabrication
Le processus de fabrication des circuits imprimés à grande vitesse comprend un câblage précis, un contrôle de l'impédance et un traitement de surface. Par exemple, Shenzhen Xinhongxing Multilayer Circuit Co. a déposé une demande de brevet concernant un dispositif de traitement de surface pour les circuits imprimés interconnectés à haute densité, qui réduit considérablement les bulles d'air et réalise un revêtement uniforme en utilisant des vibrations et des moteurs rotatifs, et en inclinant le siège de guidage pour qu'il corresponde à l'auto-rotation de la carte, afin de garantir un revêtement dense et des performances électriques stables.
Champ d'application
Les circuits imprimés à grande vitesse (PCB à grande vitesse) sont utilisés dans un large éventail d'applications, dont les suivantes :
Commutateurs de centres de données : Les circuits imprimés à grande vitesse jouent un rôle important dans les commutateurs des centres de données, en assurant l'intégrité et la stabilité de la transmission des signaux à grande vitesse et en contribuant au fonctionnement efficace des centres de données à grande échelle.
Serveurs AI :Avec la mise à niveau des serveurs d'intelligence artificielle et des plates-formes EGS, la demande de circuits imprimés à grande vitesse a considérablement augmenté. Par exemple, l'application de cartes OAM, de cartes UBB et de cartes mères de CPU dans les serveurs d'intelligence artificielle stimule le marché des circuits imprimés à grande vitesse.
Intelligence automobile :Dans le domaine de l'électronique automobile, les circuits imprimés à grande vitesse sont utilisés pour réaliser les fonctions intelligentes des automobiles, telles que la conduite automatique et les systèmes de divertissement embarqués, afin de garantir la haute performance et la stabilité des systèmes électroniques automobiles.
Équipements de communication :Les circuits imprimés à grande vitesse sont largement utilisés dans les équipements de communication pour prendre en charge la transmission de données à haute fréquence, à grande vitesse et à haute précision, en garantissant l'intégrité du signal et une faible latence dans le processus de transmission.
Matériel informatique : dans le matériel informatique haut de gamme, les circuits imprimés à grande vitesse sont utilisés pour le calcul et le traitement des données à haute performance, en fournissant un chemin de transmission des données stable et efficace.
Appareils médicaux : Les circuits imprimés à grande vitesse sont utilisés dans les appareils médicaux pour assurer un contrôle et une transmission de données précis, améliorant ainsi les performances et la fiabilité des appareils médicaux.
Contrôle industriel :Dans le domaine du contrôle industriel, les circuits imprimés à grande vitesse sont utilisés pour réaliser un contrôle industriel complexe et le traitement des données, garantissant un fonctionnement stable et une grande efficacité du système.
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