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随着微电子技术的高速发展,新器件的应用导致现代EDA设计的电路布局密度大,而且信号的频率也很高,随着高速器件的使用,高速DSP(数字信号处理) 系统设计会越来越多,处理高速DSP应用系统中的信号问题成为设计的重要问题,在这种设计中,其特点是系统数据速率、时钟速率和电路密集度都在不断增加,其PCB印制板的设计表现出与低速设计截然不同的行为特点,即出现信号完整性问题、干扰加重问题、电磁兼容性问题等等。
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详解高速 DSP 系统 PCB 板的可靠性设计
随着微电子技术的高速发展,新器件的应用导致现代 EDA 设计的电路布局密度大,而
且信号的频率也很高,随着高速器件的使用,高速 DSP(数字信号处理) 系统设计会越
来越多,处理高速 DSP 应用系统中的信号问题成为设计的重要问题,在这种设计中,
其特点是系统数据速率、时钟速率和电路密集度都在不断增加,其 PCB 印制板的设计
表现出与低速设计截然不同的行为特点,即出现信号完整性问题、干扰加重问题、电磁
兼容性问题等等。
这些问题能导致或者直接带来信号失真,定时错误,不正确数据、地址和控制线以
及系统错误甚至系统崩溃,解决不好会严重影响系统性能,并带来不可估量的损失。解
决这些问题的方法主要靠电路设计。因此 PCB 印制板的设计质量相当重要,它是把最
优的设计理念转变为现实的惟一途径。下面讨论针对在高速 DSP 系统中 PCB 板可靠性
设计应注意的若干问题。
电源设计
高速 DSP 系统 PCB 板设计首先需要考虑的是电源设计问题。在电源设计中,通常
采用以下方法来解决信号完整性问题。
考虑电源和地的去耦
随着 DSP 工作频率的提高,DSP 和其他 IC 元器件趋向小型化、封装密集化,通常
电路设计时考虑采用多层板,建议电源和地都可以用专门的一层,且对于多种电源,例
如 DSP 的 I/O 电源电压和内核电源电压不同,可以用两个不同的电源层,若考虑多层
板的加工费用高,可以把接线较多或者相对关键的电源用专门的一层,其他电源可以和
信号线一样布线,但要注意线的宽度要足够。
无论电路板是否有专门的地层和电源层,都必须在电源和地之间加一定的并且分布
合理的电容。为了节省空间,减少通孔数,建议多使用贴片电容。可把贴片电容放在
PCB 板背面即焊接面,贴片电容到通孔用宽线连接并通过通孔与电源、地层相连。
考虑电源分布的布线规则
分开模拟和数字电源层
高速高精度模拟元件对数字信号很敏感。例如,放大器会放大开关噪声,使之接近
脉冲信号,所以在板上模拟和数字部分,电源层一般是要求分开的。
隔离敏感信号
有些敏感信号(如高频时钟) 对噪声干扰特别敏感,对它们要采取高等级隔离措施。
高频时钟(20MHz 以上的时钟,或翻转时间小于 5ns 的时钟)必须有地线护送,时钟线
宽至少 10mil,护送地线线宽至少 20mil,高频信号线的保护地线两端必须由过孔与地
层良好接触,而且每 5cm 打过孔与地层连接;时钟发送侧必须串接一个 22Ω~220Ω
的阻尼电阻。可避免由这些线带来的信号噪声所产生的干扰。
软、硬件抗干扰设计
wang96162
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