Menguasai PCB High-Speed: Panduan Desain Lengkap

Tidak diragukan lagi, sebagian besar proyek rekayasa reguler menggunakan desain PCB standar.  Juga, PCB tradisional tidak dapat bekerja untuk semua. Jadi, jika Anda menangani aplikasi canggih, Anda akan membutuhkan PCB high-speed.

Namun, mendesain PCB high-speed dapat sulit. Anda perlu memperhatikan detail seperti integritas sinyal, refleksi, dan crosstalk. Jika Anda tidak familiar dengan salah satu istilah ini, artikel ini untuk Anda.

Dalam artikel ini, Anda akan mempelajari segala tentang PCB high-speed dan aturan untuk mendesainnya. Kami juga akan membandingkannya dengan PCB high-frequency.

Jadi, mari kita mulai.

Apa itu PCB High-Speed?

Sistem High-Speed

PCB high-speed adalah perangkat yang menggunakan sinyal high-speed untuk mentransfer data antara komponen. Sinyal berjalan melalui jejak tembaga papan hingga mencapai targetnya. Plus, sinyal dapat analog atau digital.

Namun, hanya sedikit perbedaan antara PCB high-speed dan standar. Namun, pertama, Anda perlu tahu ini: apa yang kita gunakan untuk mengklasifikasikan sistem sebagai “high-speed” adalah signal edge rate sistem. Jadi, jika cepat, itu PCB high-speed. Jadi, signal edge rate sistem memisahkan high-speed dari PCB standar.

Kami juga mempertimbangkan setiap PCB yang memiliki integritas sinyal tinggi sebagai PCB high-speed. Indikator lain yang dapat membantu Anda membedakan desain high-speed dari reguler adalah PCB high-speed memiliki RF front end untuk jaringan nirkabel.

Juga, sebagian besar desain high-speed berfokus pada desain terhubung, desain tumpukan PCB, dan routing. Jadi area ketiga tidak akan menjadi gangguan jika Anda mengatur hal dengan benar di dua area pertama.

Aplikasi PCB High-Speed

Beberapa PCB

PCB high-speed bekerja dalam hampir setiap aplikasi. Berikut adalah beberapa aplikasi yang mendukung penggunaan PCB high-speed:

• Anda dapat menggunakan PCB high-speed dalam sistem komunikasi jaringan. Tujuan utamanya di sini adalah verifikasi integritas sinyal.
• PCB high-speed dapat membuat papan tes digital high-speed. Papan ini dapat menguji berbagai sinyal, termasuk roll-off sinyal RF.
• PCB high-speed juga dapat membuat elektronik konsumen yang kuat dengan volume tinggi dan waktu ke pasar pendek.
• PCB high-speed juga dapat membuat sirkuit radio dengan persyaratan kontrol impedansi tinggi.
• Selain itu, papan ini juga bekerja dalam peralatan medis yang memerlukan operasi high-speed.

Produk lain yang menggunakan PCB high-speed meliputi:

• Router
• Saluran data high-speed
• Server
• Power amplifier
• Jaringan area penyimpanan
• Modul transceiver

Aturan dan Tantangan Desain PCB High-Speed

Papan Sirkuit Cetak

Seperti setiap proses desain PCB lainnya, PCB high-speed memiliki aturan yang mendefinisikan metode desainnya. Sementara kita melihat beberapa aturan secara detail, kita juga akan memeriksa tantangan desain yang mungkin.

Impedansi

Anda perlu mempertimbangkan dua nilai impedansi saat merancang tata letak PCB high-speed. Nilai impedansi ini termasuk impedansi single-ended Zo dan impedansi diferensial Zdiff.

Ini adalah nilai impedansi umum untuk antarmuka paralel dan serial. Plus, menempel pada impedansi yang benar saat merancang PCB high-speed Anda sangat penting. Jika tidak, jejak PCB Anda akan memiliki refleksi sinyal.

Itu belum semua. Menggunakan impedansi yang salah juga akan menyebabkan kehilangan kualitas sinyal, frekuensi kerja rendah, dan menghasilkan EMI yang tidak dapat ditahan.

Jenis impedansi lain yang perlu Anda pertimbangkan, meskipun jarang, meliputi:

• Common ZCM 
• Even mode Zoe 
• And Odd mode zoo

Grounding

Untuk sebagian besar desain PCB high-speed, tidak mungkin melacak semua antarmuka pada satu lapisan. Oleh karena itu, Anda akan membutuhkan bantuan via untuk mentransfer jejak ke beberapa lapisan. Namun, ada aturan spesifik yang mengatur proses ini.

• Desain Anda harus memiliki potensi poligon GND yang sama pada semua lapisan, terutama di dekat sinyal via. Kami menyebut via ini sebagai stitching vias, dan mereka perlu semakin dekat dengan poligon GND yang mungkin. Plus, menempel pada aturan ini akan memastikan semua jejak high-speed memiliki referensi GND yang sama.

• Hati-hati saat merancang via Anda. Desain yang buruk akan menyebabkan masalah impedansi pada papan Anda. Namun, Anda dapat menghindarinya dengan memastikan semua via memiliki diameter yang benar.

• Menggunakan via untuk routing sinyal high-speed bisa sulit. Jadi, Anda harus menempatkan cukup ruang di antara via untuk menghindari densitas arus tinggi dan panas berlebih.

Crosstalk

Crosstalk adalah efek tidak diinginkan yang dihasilkan saat mentransmisikan sinyal melalui saluran komunikasi. Efek tidak diinginkan ini biasanya pada jejak tetangga dan sering menyebabkan perubahan sinyal.

Selain itu, crosstalk biasanya terjadi ketika jejak terlalu dekat satu sama lain. Dalam hal ini, Anda dapat mengurangi crosstalk dengan memberikan setidaknya 3W ruang di antara jejak.

Untuk pasangan diferensial, gunakan aturan 5W untuk mengatur jejak Anda dengan benar. Juga, jika papan Anda memerlukan pasangan diferensial yang mentransmisikan sinyal periodik, kami merekomendasikan menjaganya setidaknya 8W jauh dari pasangan diferensial lainnya.

Juga, harus ada jarak yang cukup di antara jejak dengan sinyal asinkron dan jejak sinyal high-speed. Plus, Anda dapat meminimalkan crosstalk pada papan berlapis dengan merute jejak secara tegak lurus terhadap jejak papan tetangga.

Lokasi Komponen

PCB dengan Komponen

Lokasi komponen penting untuk desain PCB high-speed, sebelum memulai desain Anda, rencanakan—di mana Anda akan meletakkan komponen Anda.

Idealnya, Anda harus meletakkan poligon GND terpisah untuk komponen analog (jika ada) dan menjaga mereka jauh dari jejak dan komponen digital. Dengan cara itu, Anda dapat menghindari masalah EMI.

Juga, komponen high-speed tidak membutuhkan jejak yang sangat panjang. Jadi, pastikan Anda memberikan cukup ruang untuk length tuning sehingga mereka tidak berada dekat sumber interferensi.

Selain itu, Anda harus menghindari menempatkan komponen high-speed dekat tepi papan Anda. Ini akan memiliki efek buruk pada kualitas sinyal Anda. Sebaliknya, Anda dapat menempatkan komponen semacam itu di tengah.

Bentuk Jejak

Bentuk Jejak yang Berbeda

Jejak high-speed harus memiliki sudut yang bulat dan halus. Juga, Anda harus menghindari menggunakan belokan tajam. Namun, membutuhkan waktu yang cukup untuk mendapatkan bentuk jejak terbaik.

Cara terbaik untuk mendapatkan bentuk jejak optimal dan menghindari perubahan impedansi adalah dengan melengkungkan mereka pada sudut 45 derajat.

Tiga Masalah Besar Desain PCB High-Speed

PCB high-speed memiliki banyak masalah yang bisa membuat sirkuit menjadi tidak berguna jika Anda tidak menyelesaikannya. Dan, dari berbagai masalah yang ada, kami telah mencantumkan tiga masalah utama yang harus Anda hindari. Jadi mari kita perhatikan lebih dekat tiga ini.

Timing

Papan Anda memiliki masalah timing jika sinyal Anda tidak ditransmisikan dengan benar, terutama dibandingkan dengan sinyal lain. Jam mengontrol semua sinyal ini, jadi jika timing Anda buruk, satu-satunya data yang Anda terima adalah data rusak.

Solusi: Anda dapat menyelesaikan masalah ini dengan mencocokkan panjang jejak berpasangan. Ini akan menyinkronkan jejak dengan tingkat jam Anda dan membuatnya ditransmisikan pada waktu yang sama.

Noise

Noise adalah bentuk interferensi apa pun yang mempengaruhi sinyal Anda selama transmisi. Ada noise pada setiap PCB, tetapi tingkat noise tinggi dapat menyebabkan korupsi data. Oleh karena itu, menjadikannya masalah yang harus Anda hindari dalam desain Anda.

Solusi: Berikan jarak yang cukup di antara jejak Anda, sehingga mereka kurang rentan terhadap noise. Pemerataan yang tepat juga akan mengurangi tingkat noise PCB Anda.

Integrity

Jika sinyal Anda tidak terlihat seperti yang seharusnya setelah transmisi, integritasnya terpengaruh. Situasi semacam ini biasanya merupakan hasil interferensi yang dapat mempengaruhi integritas sinyal selama transmisi.

Solusi: Menggunakan impedansi yang tepat antara penerima dan pengirim dapat meningkatkan integritas dan kualitas sinyal Anda. Ini juga akan mengurangi sensitivitas noise sinyal Anda.

Keterampilan Desain PCB High-Speed

Desain PCB

Berikut adalah beberapa keterampilan yang Anda butuhkan sebelum mendesain PCB high-speed.

Cara Merute Jejak dengan Kontrol Impedansi

PCB dengan Jejak Biru

Anda harus memahami cara menghitung tumpukan lapis dan lebar jejak. Hasil dari perhitungan ini akan memberikan nilai impedansi yang diperlukan. Nilai impedansi yang salah akan secara buruk mempengaruhi sinyal Anda dan mengakibatkan korupsi data.

Minimisasi Area Loop

Sinyal high-speed sangat rentan terhadap masalah EMI/EMC. Namun, Anda dapat mengurangi dampak masalah ini dengan mengikuti beberapa aturan dasar sederhana. Aturan ini termasuk mengurangi area loop, menggunakan ground plane yang kontinu dan banyak stitching vias, dan mengoptimalkan jalur kembali jejak.

Keterampilan Routing High-Speed

Ada banyak hal yang perlu dipertimbangkan saat merute jejak high-speed. Pertama, Anda harus tahu cara memotong ground plane dan menjaga jejak pendek. Anda juga harus melindungi jejak Anda dari interferensi dan memberi jarak pada garis digital untuk menghindari crosstalk.

Gunakan Perangkat Lunak Desain Canggih

Mendesain PCB high-speed membutuhkan banyak fitur kompleks dari perangkat lunak CAD Anda. Dan Anda perlu keterampilan yang diperlukan untuk menangani fitur ini. Dengan cara itu, Anda dapat menghindari mendesain skematika high-speed yang buruk.

PCB High-Speed vs. PCB High-Frequency

Papan Sirkuit Cetak

Meskipun high-speed dan high-frequency memiliki definisi yang berbeda, papan mereka pada dasarnya sama. Keduanya menggunakan gelombang sinus sebagai pembawa sinyal ter modifikasi.

Namun, ada perbedaan kecil. Misalnya, kita menggunakan sirkuit high-speed saat tegangan meningkat dan menurun dalam waktu singkat. Sementara itu, kita menggunakan papan high-frequency dengan siklus sirkuit singkat.

Perbedaannya tidak begitu jelas untuk menempatkannya sebagai papan terpisah. Mereka bahkan menggunakan bahan dasar yang sama. Anda perlu fokus pada menjaga integritas sinyal sirkuit Anda.

Rangkuman

PCB Canggih

Banyak hal yang bisa salah jika Anda tidak hati-hati saat mendesain PCB high-speed. Berbeda dengan PCB reguler, Anda membutuhkan banyak waktu dan perhatian saat mengembangkan skematik sirkuit high-speed yang tepat.

Plus, Anda membutuhkan keterampilan spesifik sebelum membuat desain apa pun, seperti tahu cara merute jejak Anda dengan benar dan mengukur impedansi. Anda juga harus memantau penempatan komponen Anda untuk tidak membuat hal yang rumit untuk produsen.

Apakah Anda ingin memproduksi PCB high-speed? Lalu, hubungi kami, dan kami akan dengan senang hati menawarkan saran dan layanan terbaik.