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O que é uma placa de circuito impresso de alta velocidade?
As placas de circuito impresso de alta velocidade (HPC) têm requisitos de projeto específicos para transmissão de sinais em alta velocidade, aplicações de alta frequência e layout de alta densidade. Em comparação com as PCBs tradicionais, as HPCs exigem mais considerações durante o processo de projeto e fabricação, incluindo integridade do sinal, compatibilidade eletromagnética e gerenciamento térmico.
Usos e benefícios do PCB de alta velocidade
PCBs de alta velocidade são placas de circuito com altos requisitos em termos de taxa de sinalização, frequência e volume de transmissão de dados.Elas são amplamente usadas em comunicação, informática, aeroespacial e outros campos para atender às necessidades de transmissão de sinais em alta velocidade, aplicações de alta frequência e layout de alta densidade.
Boas características de alta frequência:O uso de materiais de alta frequência, como placas de alta frequência e materiais com baixas constantes dielétricas, reduz efetivamente a atenuação e a distorção do sinal.
Características de baixo ruído:Reduzem a interferência de ruído por meio da tecnologia de blindagem e da tecnologia de aterramento para garantir a pureza e a estabilidade do sinal.
Recursos de alta densidade:A tecnologia de microvia e a tecnologia de placa multicamada são adotadas para obter maior integração e densidade de circuito.
Recursos de alto desempenho:A tecnologia de correspondência de impedância e a tecnologia de análise da integridade do sinal são usadas para reduzir a reflexão, a diafonia e a atenuação do sinal, além de melhorar a integridade e a estabilidade do sinal.
Por que é importante ter um processo de projeto de PCB antes da prova?
Os motivos para a Projeto de PCB O processo antes da amostragem inclui principalmente os seguintes aspectos:
Garantir a viabilidade do programa de design: durante a fase de design, é possível verificar a razoabilidade do esquema do circuito e do design do layout da placa de circuito impresso para garantir a viabilidade do programa de design em aplicações práticas. Se os problemas forem encontrados e modificados durante a fase de projeto, problemas maiores poderão ser evitados durante a fase de amostragem, economizando tempo e custos.
Otimize a fiação e a seleção de componentes:Na fase de projeto, os projetistas podem otimizar o projeto da fiação para reduzir a interferência do sinal e os atrasos na transmissão, além de selecionar os componentes adequados para garantir o desempenho e a estabilidade da placa. A seleção adequada da fiação e dos componentes não só melhora o desempenho da placa, mas também reduz a dificuldade e o custo de fabricação.
Redução de erros e omissões:Os erros ou omissões de conexão elétrica podem ser minimizados por meio de revisão e testes rigorosos durante a fase de projeto para garantir a integridade e a correção do projeto.Isso ajuda a evitar modificações desnecessárias e retrabalho durante o processo de prototipagem.
Conformidade com as especificações do projeto:Durante o processo de design, é necessário seguir as especificações de design relevantes, como largura da fiação, espaçamento, diâmetro da abertura e assim por diante.Essas especificações não só afetam o desempenho da placa de circuito, mas também estão relacionadas à dificuldade e ao custo de produção da placa de circuito. Seguir as especificações pode garantir a qualidade e a confiabilidade da placa.
Preparar arquivos de produção:Após a conclusão do projeto, os arquivos de projeto precisam ser convertidos para o formato necessário para a produção, incluindo arquivos Gerber, folhas de BOM, arquivos de perfuração, etc.Esses arquivos são usados para prototipagem e produção.Esses arquivos são a base para a prototipagem e a produção, garantindo um processo de produção tranquilo.
Guia de projeto de PCB de alta velocidade
O design de placas de circuito impresso (PCB) de alta velocidade se tornou fundamental.Seja um dispositivo 5G, um computador de alto desempenho ou um produto de IoT, ele precisa lidar com sinais de alta frequência.Um layout ruim pode levar à distorção do sinal, a problemas de interferência eletromagnética (EMI) e até mesmo à falha do sistema.
- Design em camadas
O design de camadas desempenha um papel muito importante nos circuitos de alta velocidade, assim como o leito de uma rodovia.
Para placas de circuito impresso de alta velocidade, é essencial ter uma estrutura de camadas razoável:
Use pelo menos 4 camadas (sinal - terra - terra - energia - sinal)
Assegurar que as camadas de sinais críticos estejam firmemente acopladas às camadas planares adjacentes
Considere o uso de uma estrutura de camadas empilhadas simétricas para reduzir o empenamento
Localize os sinais de alta frequência nas camadas internas para minimizar a radiação.
Lembre-se: um bom projeto de pilha de camadas pode reduzir os problemas de integridade do sinal em mais de 50%! - Controle de impedância
A incompatibilidade de impedância é o inimigo do design de placas de alta velocidade:
Calculate and control microstrip and stripline impedance (typically 50Ω or 100Ω differential).
Confirme os parâmetros da placa (por exemplo, o valor Dk para FR4) com o fabricante da placa de circuito impresso.
Mantenha a largura do alinhamento consistente para evitar o afinamento repentino
O alinhamento do par diferencial deve ter comprimento estritamente igual (diferença de comprimento de <5mil)
Dica: use ferramentas como o SI9000 para calcular a impedância, não fique adivinhando! - Integridade da energia
Os circuitos de alta velocidade têm requisitos de energia extremamente altos:
Use capacitores de desacoplamento ESR/ESL baixos (o pacote 0402 é melhor que o 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”.
Considere o uso de ferramentas de simulação de integridade de energia (por exemplo, HyperLynx PI).
Erro comum: pensar que quanto mais capacitores, melhor. Layout inadequado é pior! - Técnicas de roteamento de sinais
O alinhamento de sinais de alta velocidade tem requisitos especiais:
3W principle: line spacing ≥ 3 times the line width
Avoid 90° corners (use 45° or arc instead)
Sinais críticos (por exemplo, relógios) devem ser priorizados
Os sinais de alta velocidade não devem atravessar a lacuna da divisão de planos
A correspondência de comprimento é mais importante do que você imagina! - A arte do aterramento
The grounding system is the “silent hero” of the high-speed printed circuit board:
Use vários pontos de aterramento em vez de um único ponto (mais eficaz em altas frequências).
Avoid “ground loops” to form antennas.
Separe os aterramentos digitais e analógicos, mas não os isole completamente
Deixe um conjunto de vias de aterramento sob os chips críticos.
Lembre-se: não existe um esquema de aterramento perfeito, apenas aquele que melhor se adapta ao seu projeto! - Controle de EMI
A interferência eletromagnética é inimiga do design de alta velocidade:
Keep sensitive signals away from the board edge (≥20 mil).
Use grounded shielded vias to “fence” critical signals
Reduzir as reflexões escolhendo resistores de terminação adequados
Considere o uso de materiais capacitivos incorporados
Fato curioso: muitos problemas de EMI decorrem de um projeto de aterramento deficiente! - Verificação de projeto
Lista de verificação final:
Depois de concluir a verificação do DRC, faça outra revisão manual
Solicite o relatório do teste de impedância ao fornecedor
Faça simulações de integridade de sinal antes da produção de pequenos lotes.
Reservar pontos de teste para depuração
Lição aprendida: uma equipe pulou a simulação diretamente para a produção em massa; o resultado é que 30% das placas não funcionam!
Princípios de design e tecnologias-chave
Integridade do sinal (SI): O projeto de PCB de alta velocidade exige o controle da impedância da linha de transmissão, da impedância de terminação e da impedância diferencial, além do uso de estratégias especiais de fiação e técnicas de correspondência de terminação para reduzir a reflexão e a diafonia do sinal.
Compatibilidade eletromagnética (EMC):O projeto de blindagem, o projeto de aterramento e o gerenciamento de energia precisam ser considerados no projeto para reduzir a interferência eletromagnética e garantir que o equipamento funcione adequadamente em um ambiente eletromagnético.
Gerenciamento térmico:As PCBs de alta velocidade geram calor durante a operação e exigem um projeto razoável de estruturas e materiais de dissipação de calor para evitar que o superaquecimento afete o desempenho e a confiabilidade.
Seleção de materiais
A PCB de alta velocidade é mais rigorosa na seleção de materiais, geralmente usando baixa perda, baixa constante dielétrica e baixo fator de perda dielétrica da placa para garantir a estabilidade e a confiabilidade da transmissão do sinal.
Processo de fabricação
O processo de fabricação de PCBs de alta velocidade inclui fiação precisa, controle de impedância e tratamento de superfície. Por exemplo, a Shenzhen Xinhongxing Multilayer Circuit Co., Ltd. solicitou uma patente envolvendo um dispositivo de tratamento de superfície para placas de circuito impresso interconectadas de alta densidade, o que reduz bastante as bolhas de ar e realiza um revestimento uniforme usando vibração e motores rotativos, além de inclinar o assento da guia para corresponder à auto-rotação da placa, a fim de garantir um revestimento denso e um desempenho elétrico estável.
Escopo de aplicação
As placas de circuito impresso de alta velocidade (PCBs de alta velocidade) são usadas em uma ampla variedade de aplicações, incluindo as seguintes:
Switches de data center: As PCBs de alta velocidade desempenham um papel importante nos switches de data center, garantindo a integridade e a estabilidade da transmissão de sinais de alta velocidade e apoiando a operação eficiente de data centers de grande escala.
Servidores de IA:Com a atualização dos servidores de IA e das plataformas EGS, a demanda por PCBs de alta velocidade aumentou significativamente. Por exemplo, a aplicação de placas OAM, placas UBB e placas-mãe de CPU em servidores de IA está impulsionando o mercado de PCBs de alta velocidade.
Inteligência automotiva:No campo da eletrônica automotiva, as PCBs de alta velocidade são usadas para realizar as funções inteligentes dos automóveis, como a direção automática e os sistemas de entretenimento no veículo, para garantir o alto desempenho e a estabilidade dos sistemas eletrônicos automotivos.
Equipamentos de comunicação:As PCBs de alta velocidade são amplamente usadas em equipamentos de comunicação para suportar a transmissão de dados de alta frequência, alta velocidade e alta precisão, garantindo a integridade do sinal e a baixa latência no processo de transmissão.
Hardware de computador: no hardware de computador de ponta, as PCBs de alta velocidade são usadas para computação e processamento de dados de alto desempenho, fornecendo um caminho de transmissão de dados estável e eficiente.
Dispositivos médicos: As PCBs de alta velocidade são usadas em dispositivos médicos para garantir o controle preciso e a transmissão de dados, melhorando o desempenho e a confiabilidade dos dispositivos médicos.
Controle industrial:No campo do controle industrial, as PCBs de alta velocidade são usadas para realizar o controle industrial complexo e o processamento de dados, garantindo uma operação estável e alta eficiência do sistema.
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