Практические рекомендации по разработке печатных плат (стр. 7 )

Но этот способ имеет ряд недостатков, а именно: определенные требо­вания к расстоянию от сбалансированной линии до переходных отвер­стий, которое не должно быть меньше определенной величины, чтобы внешние сигналы не создавали наводок на дифференциальной линии (рис. 2.96).

Рис. 2.96. Требования к расстоянию от сбалансированной линии до переходных отверстий

Это заставляет вводить разумные сетки расстановки ПО при использовании автотрассировщиков печатных плат.

При размещении на плате компонентов, содержащих дифференциальные цепи, следует придерживаться определенных правил (рис. 2.97).

Компоненты поверхностного монтажа должны располагаться симметрично относительно массива переходных отверстий, при размещении компонентов шаг сетки следует установить равным шагу сетки ПО.

Следует использовать внешние слои платы для трассировки компонентов, не создавая лишних переходов, т. е. выполняя трассы во внешних слоях не­прерывными.

При использовании корпусов ВGА значительно облегчает дело использова­ние технологии "микро-ПО" непосредственно в контактной площадке (рис. 2.98).

Рис. 2.97. Размещение на плате компонентов, содержащих дифференциальные цепи

рис. 2.98. Использование технологии "микро-ПО" в контактной площадке

Часто дифференциальные пары трассируются в нескольких слоях, проходя между ПО попарно (рис. 2.99).

Рис. 2.99. Трассировка дифференциальных пар в нескольких слоях

При этом определяющую роль играет расположение переходных отвер­стий — сетка ПО не должна быть слишком плотной, между двумя ПО все­гда можно провести два проводника.

В первую очередь следует проводить трассировку таких дифференциальных пар по вертикали и горизонтали и лишь затем по диагонали.

Пример трассировки дифференциальных пар линий для интерфейса USBматеринской платы компьютера приведен на рис. 2.100.

Рис. 2.100. Трассировка дифференциальных пар линий для интерфейса 113В

Пересечения дифференциальных пар в разных слоях для уменьшения наво­док должны осуществляться под углом 90° (рис. 2.101).

Рис. 2.101. Пересечения дифференциальных пар в разных слоях

На всем протяжении трассы проводники в дифференциальной паре не должны расходиться на расстоянии больше определенного (рис. 2.102), что­бы не нарушить симметричность линии.

Рис. 2.102. Расположение проводников в дифференциальной паре

Исключение составляет только необходимость обхода узких мест (как на рис. 2.102).

При необходимости симметрии несколько пар линий, особенно в случае использования многоконтактных соединителей, следует применять соответ­ствующие меры — дополнительные петли (рис. 2.103).

Рис. 2.103. Применение дополнительных петель в многоконтактных соединителях

Введение дополнительных петель позволяет ввести дополнительную задержку и выравнять время распространения сигнала. Современные системы трасси­ровки имеют соответствующие средства для описания таких приемов при трассировке.

При проектировании плат с использованием средств САПР необходимо все­гда помнить, что сколь бы совершенными ни были алгоритмы автоматиче­ской трассировки, они никогда не заменят работу конструктора.

Особое внимание следует уделять проблеме заземления. Этому вопросу по­священо немало публикаций [12—17], однако до сих пор многие конструк­торы "наступают на одни и те же грабли".

Шина "земля" определяется как эквипотенциальная поверхность, потенциал которой служит для схемы уровнем отсчета напряжений.

При проектировании цепей "земли" преследуются две цели. Во-первых, следует помнить, что заземление минимизирует напряжение шумов, возникающее при прохождении токов от нескольких схем через общее сопротивление "земли". Во-вторых, необходимо исключить образование контуров заземления, чувстви­тельных к электромагнитным полям и разностям потенциалов.

Таким образом, заземление представляет собой обладающую низким импе­дансом цепь возврата тока. Отсюда ясно, что прбтекание любого тока в сис­теме заземления приводит к появлению разности потенциалов. Ясно, что эта разность потенциалов должна быть минимальной. Отсюда следует, что при проектировании топологии цепей (шин) "земли" следует обеспечить импеданс заземления на как можно более низком уровне и контролировать токи, протекающие между источниками и нагрузками.

Поэтому необходимо использовать несколько цепей заземления, соединен­ных в одной точке. Причем традиционного деления на аналоговую и циф­ровую шины "земли" может оказаться недостаточно. На рис. 2.104 представ­лена схема заземления для двух аналоговых земель, причем одна служит землей для слабого входного сигнала, а другая — для мощного выходного.

Рис. 2.104. Схема заземления для двух аналоговых земель

Следует избегать заземления так называемой гирляндой, необходимо ис­пользовать одноточечные схемы заземления, когда различные "земли" со­единяются в точке ввода у разъема питания.

В первую очередь следует помнить, что если разрабатывается плата, содер­жащая как аналоговые, так и цифровые узлы и работающая на достаточно большой тактовой частоте (>1 МГц), то не следует "экономить на спичках" и разрабатывать двухслойную плату. В этом случае необходимо использовать многослойную плату, в которой внутренние слои представляют собой сплошные плоскости земли и питания.

Необходимо напомнить об известном всем скин-эффекте и зависимости импеданса от частоты, поэтому область металлизации одного и того же размера будет иметь различный импеданс на низких и высоких частотах. Рекомендуется все свободное пространство платы заполнить сплошной областью металлизации, соединенной с общей шиной, чтобы избежать на­водок.

Выбирая шаг сетки трассировки, надо учитывать не только разрешающую способность фотоплоттера и другого технологического оборудования, но и помнить о возможных токах утечки через плату. Особенно это критично к входным высокоомным цепям усилителей, в этом случае неплохой мерой является защитное кольцо (рис. 2.105).

Рис. 2.105. Использование защитного кольца

Если передается скоростной сигнал на достаточно большое расстояние, то сделать это можно только по согласованной линии на низкоомную нагрузку.

Рис. 2.106. Установка фильтрующих емкостей

Несколько слов следует сказать о фильтрующих емкостях. Очень часто на­чинающий конструктор чисто механистически устанавливает их где придет­ся, руководствуясь только нормой установки блокирующих емкостей на число тех или иных микросхем. Следует помнить, что для того, чтобы фильтрующие емкости эффективно работали, длина цепи от вывода микро­схемы до емкости была минимальной. Использование планарных компо­нентов практически полностью позволяет решить эту проблему (рис. 2.106).

Не следует разносить в пространстве сигнальную и возвратные цепи одного сигнала (рис. 2.107). Это замечание касается также дифференциальных входных цепей, которые должны иметь одинаковую длину.

а б

Рис. 2.107. Разводка цепей: а — сигнальной; б— возврата

Следует стремиться выполнить разводку чувствительных аналоговых цепей в одном слое (со стороны установки компонентов) и избегать пересечений проводников, так как нарушение целостности заземляющего слоя вызывает увеличение его индуктивности и, следовательно, возрастает степень взаим­ного влияния возвратных токов (рис. 2.108).

signal current b

RETURN CURRENTS A AND B MAY INTERACT

Рис. 2.108. Взаимодействие возвратных токов на вырезе в заземляющей плоскости

При проектировании платы, содержащей скоростные цифровые микросхемы (ПЛИС, сигнальные процессоры и т. п.), следует подумать о теплоотводе. По­лезны бывают дополнительные слои для отвода излишнего тепла от микросхем.

Необходимо после завершения разработки топологии платы максимально расширить все силовые цепи, земли, ответственные сигнальные цепи.

При разработке ответственных устройств не следует забывать о возможно­стях современных средств по анализу целостности сигналов, тепловых ре­жимов, прочности и т. д.

Одним из актуальных вопросов при разработке изделия является правиль­ность оформления документации на печатные платы, особенно с учетом современного уровня технологии проектирования и изготовления. Довольно новый ГОСТ 2.123—93 "Комплектность конструкторских документов на пе­чатные платы при автоматизированном проектировании" введен в действие с 1 января 1995 года взамен ГОСТ 2.123—83. Этот стандарт устанавливает Комплектность конструкторских документов (КД) на односторонние (ОПП), двусторонние (ДПП) и многослойные (МПП) печатные платы, а также тре­бования по их выполнению при автоматизированном проектировании и из­готовлении.

Документы на носителях данных (перфоленты, перфокарты, магнитные - носители данных), включаемые в комплект конструкторских документов на ПП, предназначены для получения конструкторских документов в тра­диционной форме, для механической обработки, контроля ПП и изготовителя фотошаблона, а также для передачи информации о результатах проек­тирования в систему (подсистему) автоматизированного изготовления ПП. В каждом конкретном случае состав конструкторских документов, переда­ваемых для изготовления ПП, определяется разработчиком совместно с изготовителем в соответствии с комплектностью, установленной ГОСТ 2.123. По согласованию с предприятием-изготовителем допускается производить изготовление ПП по аттестованным документам на носителях данных.