Jawaban Cepat dari Ahli atas Pertanyaan Esensial Perancangan PCB

Q1: Bagaimana memilih bahan PCB (Papan Sirkuit Cetak)?

A1: Bahan PCB harus dipilih sepenuhnya berdasarkan keseimbangan antara kebutuhan desain, produksi volume, dan biaya. Kebutuhan desain melibatkan elemen listrik yang harus dipertimbangkan dengan serius selama desain PCB kecepatan tinggi. Selain itu, konstanta dielektrik dan kerugian dielektrik harus dipertimbangkan apakah mereka sesuai dengan frekuensi.

Q2: Bagaimana menghindari gangguan frekuensi tinggi?

A2: Prinsip utama untuk mengatasi gangguan frekuensi tinggi adalah mengurangi crosstalk semaksimum mungkin, yang dapat dicapai dengan memperbesar jarak antara sinyal kecepatan tinggi dan sinyal analog atau melengkapi garis pengaman ground atau jejak shunt di samping sinyal analog. Selain itu, gangguan noise yang disebabkan oleh ground digital pada ground analog harus dipertimbangkan dengan hati-hati.

Q3: Bagaimana mengatur jejak yang membawa sinyal diferensial?

A3: Dua titik harus difokuskan dalam hal desain jejak yang membawa sinyal diferensial. Salah satu sisi, panjang dua garis harus sama; sisi lain, jarak antara dua garis harus menjaga sejajar.

Q4: Bagaimana mengatur jejak yang membawa sinyal diferensial ketika hanya ada satu garis sinyal jam di terminal output?

A4: Premis pengaturan jejak yang membawa sinyal diferensial adalah bahwa baik sumber sinyal maupun penerima harus sinyal diferensial. Oleh karena itu, routing diferensial tidak pernah dapat bekerja pada sinyal jam yang hanya memiliki satu terminal output.

Q5: Dapatkah resistansi cocok ditambahkan antara pasangan diferensial di terminal penerima?

A5: Resistansi cocok biasanya ditambahkan antara pasangan diferensial di terminal penerima dan nilainya sama dengan impedansi diferensial. Akibatnya, kualitas sinyal akan lebih baik.

Q6: Mengapa jejak pasangan diferensial harus dekat satu sama lain dan sejajar?

A6: Jejak pasangan diferensial harus cukup dekat dan sejajar. Jarak antara jejak pasangan diferensial ditentukan oleh impedansi diferensial yang merupakan parameter referensi kunci dalam hal desain pasangan diferensial.

Q7: Bagaimana menyelesaikan konflik antara routing manual dan auto-routing pada sinyal kecepatan tinggi?

A7: Sekarang sebagian besar auto-router mampu mengontrol metode jalur kabel dan jumlah lubang melalui dengan menetapkan kondisi keterbatasan. Semua perusahaan EDA berbeda banyak satu sama lain dalam hal metode jalur kabel dan pengaturan kondisi keterbatasan. Kesulitan auto routing berkaitan erat dengan kemampuan jalur kabel. Oleh karena itu, masalah ini dapat diselesaikan dengan memilih router dengan kemampuan jalur kabel yang tinggi.

Q8: Dalam desain PCB kecepatan tinggi, area kosong pada lapisan sinyal dapat dilapisi tembaga. Bagaimana tembaga harus didistribusikan pada banyak lapisan sinyal pada grounding dan powering?

A8: Secara umum, penutupan tembaga sebagian besar terhubung dengan ground di area kosong. Jarak antara penutupan tembaga dan garis sinyal harus dirancang dengan ketat karena tembaga yang dilapisi akan sedikit mengurangi impedansi karakteristik. Sementara itu, impedansi karakteristik lapisan lain tidak boleh dipengaruhi.

Q9: Dapatkah impedansi karakteristik pada plane daya dihitung dengan model micro strip line? Dapatkah model micro strip line digunakan pada sinyal antara plane daya dan plane ground?

A9: Ya. Dalam prosedur perhitungan impedansi karakteristik, baik plane daya maupun plane ground dapat dianggap sebagai plane referensi.

Q10: Dapatkah titik uji yang dihasilkan melalui otomatisasi pada PCB kepadatan tinggi memenuhi kebutuhan pengujian produksi massal?

A10: Semuanya tergantung pada kasus apakah peraturan tentang titik uji kompatibel dengan persyaratan yang ditetapkan oleh mesin pengujian. Selain itu, jika routing terlalu padat dan peraturan titik uji sangat ketat, mungkin tidak ada cara untuk menempatkan titik uji pada setiap segmen garis. Tentu saja, metode manual dapat digunakan untuk melengkapi titik uji.

Q11: Dapatkah penambahan titik uji memengaruhi kualitas sinyal kecepatan tinggi?

A11: Semuanya tergantung pada kasus apakah metode penambahan titik uji dan kecepatan berjalan sinyal. Secara dasar, penambahan titik uji dilakukan dengan menambahkannya ke garis atau menarik segmen keluar. Kedua metode dapat lebih atau kurang memengaruhi sinyal kecepatan tinggi dan tingkat efeknya terkait dengan kecepatan frekuensi dan edge rate sinyal.

Q12: Beberapa PCB dihubungkan ke dalam sistem, bagaimana garis ground setiap PCB harus dihubungkan?

A12: Berdasarkan hukum arus Kirchhoff, saat daya atau sinyal dikirim dari Papan A ke Papan B, jumlah arus yang setara akan kembali ke Papan A dari ground plane dan arus pada ground plane akan mengalir kembali di jalur tempat impedansi terendah. Oleh karena itu, jumlah pin yang berkontribusi pada ground plane tidak boleh terlalu kecil pada setiap antarmuka interkoneksi daya atau sinyal sehingga impedansi dan noise pada ground dapat dikurangi. Selain itu, seluruh loop arus harus dianalisis, terutama bagian di mana arus terbesar dan koneksi ground plane atau garis ground harus disesuaikan untuk mengontrol arus berjalan dan mengurangi pengaruh pada sinyal sensitif lainnya.

Q13: Dapatkah garis ground ditambahkan di tengah garis sinyal diferensial?

A13: Secara dasar, garis ground tidak boleh ditambahkan di antara garis sinyal diferensial karena signifikansi terbesar dari prinsip garis sinyal diferensial terletak pada keuntungan yang dihasilkan oleh pengkapsling saling antara garis sinyal diferensial, seperti pembatalan flux, kekebalkan noise dll. Pengkapsling akan hancur jika garis ground ditambahkan di antara mereka.

Q14: Apa prinsip memilih PCB dan titik grounding yang sesuai?

A14: Prinsipnya adalah memanfaatkan ground chasis untuk memberikan jalur dengan impedansi rendah untuk arus kembali dan mengontrol jalur arus kembali ini. Misalnya, sekrup biasanya dapat digunakan di dekat komponen frekuensi tinggi atau generator jam untuk menghubungkan ground plane PCB dengan ground chasis untuk mengurangi area loop arus keseluruhan semaksimal mungkin, yaitu untuk mengurangi gangguan elektromagnetik.

Q15: Di mana debug PCB harus dimulai?

A15: Sejauh sirkuit digital berkaitan, hal-hal berikut harus dilakukan secara berurutan. Pertama, semua nilai daya harus dikonfirmasi untuk rata-rata mencapai persyaratan desain. Kedua, semua frekuensi sinyal jam harus dikonfirmasi untuk bekerja secara normal dan tidak ada masalah non-monotonik pada tepi. Ketiga, sinyal reset harus dikonfirmasi untuk mencapai standar persyaratan. Jika hal-hal di atas telah dikonfirmasi, chip harus mengirim sinyal dalam siklus pertama. Kemudian, debug akan dilakukan berdasarkan protokol operasional sistem dan protokol bus.

Q16: Apa cara terbaik untuk desain PCB kecepatan tinggi dan kepadatan tinggi dengan luas papan tetap?

A16: Dalam proses desain PCB kecepatan tinggi dan kepadatan tinggi, gangguan crosstalk harus difokuskan khusus karena sangat memengaruhi timing dan integritas sinyal. Beberapa solusi desain diberikan. Pertama, kontinuitas dan kecocokan impedansi karakteristik routing harus dikontrol. Kedua, jarak harus diperhatikan dan jarak biasanya dua kali lebar garis. Ketiga, metode terminasi yang tepat harus dipilih. Keempat, routing pada lapisan bersebelahan harus diimplementasikan dalam arah yang berbeda. Kelima, via samar/tersembunyi dapat digunakan untuk meningkatkan area routing. Selain itu, terminasi diferensial dan terminasi mode umum harus dipertahankan untuk mengurangi pengaruh pada timing dan integritas sinyal.

Q17: Sirkuit LC biasanya diterapkan untuk memfilter gelombang pada daya analog. Mengapa LC kadang-kadang berkinerja lebih baik dari RC?

A17: Perbandingan antara LC dan RC harus didasarkan pada asumsi apakah band frekuensi dan induktansi dipilih dengan tepat. Karena reaktansi induktansi berkorelasi dengan induktansi dan frekuensi, jika frekuensi noise daya terlalu rendah dan induktansi tidak cukup tinggi, LC berkinerja lebih buruk dari RC. Namun, salah satu kelemahan RC adalah fakta bahwa resistor itu sendiri akan mengonsumsi energi dengan efisiensi rendah.

Q18: Apa cara optimal untuk mencapai persyaratan EMC tanpa tekanan biaya?

A18: Papan PCB menderita biaya yang lebih tinggi karena EMC biasanya karena jumlah lapisan naik untuk memperkuat tekanan penyangga dan beberapa komponen disiapkan seperti ferrite bead atau choke yang digunakan untuk menghentikan komponen harmonik gelombang frekuensi tinggi. Selain itu, struktur penyangga lain pada sistem lain harus digunakan untuk memenuhi persyaratan EMC. Pertama, komponen dengan slew rate rendah harus diterapkan sebanyak mungkin untuk mengurangi bagian frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh sinyal. Kedua, komponen frekuensi tinggi tidak boleh ditempatkan terlalu dekat dengan konektor eksternal. Ketiga, pencocokan impedansi, lapisan routing dan jalur arus kembali sinyal kecepatan tinggi harus dirancang dengan hati-hati untuk memotong refleksi dan radiasi frekuensi tinggi. Keempat, kapasitor pengkapsling yang cukup harus ditempatkan pada pin daya untuk mengurangi noise pada plane daya dan plane ground. Kelima, ground di dekat konektor eksternal dapat dipotong dari ground plane dan ground konektor harus dekat dengan ground chasis.

Q19: Sebuah papan PCB memiliki banyak modul digital/analog, solusi biasa adalah membagi modul digital/analog. Mengapa?

A19: Alasan untuk membagi modul digital dan analog adalah noise biasanya dihasilkan pada daya dan ground saat perpindahan potensi tinggi dan rendah dan tingkat noise terkait dengan kecepatan sinyal dan jumlah arus. Jika modul analog dan digital tidak dibagi dan noise yang dihasilkan oleh modul digital lebih besar dan sirkuit di area analog mirip, bahkan jika sinyal analog dan digital tidak bertemu, sinyal analog masih akan dipengaruhi oleh noise.

Q20: Apabila berkaitan dengan desain PCB kecepatan tinggi, bagaimana pencocokan impedansi harus diimplementasikan?

A20: Sejauh desain PCB kecepatan tinggi berkaitan, pencocokan impedansi adalah salah satu pertimbangan utama. Impedansi memiliki hubungan mutlak dengan routing. Misalnya, impedansi karakteristik ditentukan oleh sejumlah elemen termasuk jarak antara lapisan microstrip atau stripline/double stripline dan layer referensi, lebar routing, bahan PCB dll. Dengan kata lain, impedansi karakteristik tidak pernah dapat ditentukan sampai routing. Solusi esensial untuk masalah ini adalah mencegah diskontinuitas impedansi terjadi sebanyak mungkin.

Q21: Dalam proses desain PCB kecepatan tinggi, langkah apa yang harus dipertimbangkan untuk EMC/EMI?

A21: Secara umum, desain EMI/EMC harus dipertimbangkan dari aspek radiasi dan konduksi. Yang pertama termasuk bagian yang frekuensinya lebih tinggi (lebih dari 30MHz) sementara yang kedua untuk bagian yang frekuensinya lebih rendah (kurang dari 30MHz). Oleh karena itu, baik bagian frekuensi tinggi maupun bagian frekuensi rendah harus diperhatikan. Desain EMI/EMC yang baik harus dimulai dari penempatan komponen, tumpukan PCB, routing, pemilihan komponen dll. Jika aspek-aspek ini tidak dipertimbangkan, biaya mungkin akan naik. Misalnya, generator jam tidak boleh terlalu dekat dengan konektor eksternal se mungkin mungkin. Selain itu, titik sambungan harus dipilih dengan benar antara PCB dan chasis.

Q22: Apa itu topologi routing?

A22: Topologi routing, juga disebut urutan routing, merujuk pada urutan routing dalam hal jaringan dengan beberapa terminator.

Q23: Bagaimana topologi routing harus disesuaikan untuk meningkatkan integritas sinyal?

A23: Sinyal jaringan jenis ini sangat kompleks sehingga topologi berbeda berdasarkan arah yang berbeda, level yang berbeda, jenis sinyal yang berbeda. Oleh karena itu, sulit untuk menilai jenis sinyal mana yang bermanfaat untuk kualitas sinyal.

Q24: Apa alasan penutupan tembaga?

A24: Biasanya ada beberapa alasan untuk penutupan tembaga. Pertama, penutupan tembaga ground atau daya area besar akan memiliki efek penyangga dan beberapa ground khusus, PGND misalnya, dapat memiliki peran perlindungan. Kedua, untuk memastikan performa elektroplating yang tinggi atau mencegah laminasi deformasi, tembaga harus dilapisi pada papan PCB dengan kurang routing. Ketiga, penutupan tembaga berasal dari persyaratan integritas sinyal. Jalur kembali lengkap harus disediakan untuk sinyal digital frekuensi tinggi dan routing jaringan DC harus dikurangi. Selain itu, pendinginan termal juga harus dipertimbangkan.

Q25: Apa itu arus kembali?

A25: Saat sinyal digital kecepatan tinggi berjalan, sinyal mengalir dari driver ke carrier melalui jalur transmisi PCB dan kemudian kembali ke terminal driver melalui jalur terpendek di sepanjang ground atau daya. Sinyal kembali pada ground atau daya disebut arus kembali.

Q26: Ada berapa jenis terminal?

A26: Terminal, juga disebut pencocokan, biasanya diklasifikasikan menjadi pencocokan sumber dan pencocokan terminal. Yang pertama merujuk pada pencocokan resistor seri sementara yang kedua merujuk pada pencocokan paralel. Banyak metode yang tersedia, termasuk pull-up resistor, pull-down resistor, Davenan pencocokan, pencocokan AC, pencocokan dioda Schottky dll.

Q27: Elemen apa yang dapat menentukan jenis pencocokan?

A27: Jenis pencocokan biasanya ditentukan oleh karakteristik BUFFER, topologi, klasifikasi level dan tipe penilaian. Selain itu, duty cycle sinyal dan konsumsi energi sistem juga harus dipertimbangkan.

Q28: Pengawasan apa yang harus dilakukan pada PCB sebelum dirilis oleh pabrik manufaktur?

A28: Sebagian besar pabrikan PCB melakukan tes on-off pada PCB sebelum meninggalkan pabrik untuk memastikan semua sirkuit terhubung dengan benar. Sampai sekarang, beberapa pabrik lanjutan melakukan pengawasan X-ray untuk menemukan beberapa hambatan pada etching atau laminasi. Apabila berkaitan dengan produk yang melalui rangkaian SMT, ICT biasanya diterapkan, yang memerlukan pengaturan titik uji ICT selama fase desain PCB. Segera masalah muncul, tipe pengawasan X-ray khusus juga dapat digunakan.

Q29: Untuk sirkuit yang terdiri dari beberapa papan PCB, apakah mereka harus berbagi ground yang sama?

A29: Sirkuit yang terdiri dari beberapa papan PCB biasanya harus berbagi ground yang sama karena tidak praktis untuk menerapkan beberapa daya dalam satu sirkuit. Tentu saja, jika kondisi Anda memungkinkan, daya yang berbeda juga dapat digunakan. Akhirnya, itu akan membantu mengurangi gangguan.

Q30: Bagaimana EMC harus dipertimbangkan oleh sistem yang berisi DSP dan PLD?

A30: Sejauh sistem biasa berkaitan, bagian yang pertama kali harus dipertimbangkan adalah kontak langsung dengan manusia dan perlindungan yang tepat harus dilakukan pada sirkuit dan struktur. Tingkat pengaruh EMC terhadap sistem biasanya ditentukan berdasarkan situasi yang berbeda. Di lingkungan kering, EMC akan menjadi lebih buruk, terutama pada sistem yang lebih sensitif. Meski sistem yang lebih besar memiliki efek yang tidak mencolok pada EMC, lebih banyak perhatian juga harus diberikan.

Q31: Apabila berkaitan dengan desain PCB 4 lapisan, sisi mana yang harus menerima penutupan tembaga di kedua sisi?

A31: Aspek-aspek berikut harus dipertimbangkan untuk penutupan tembaga: penyangga, pendinginan termal, penguatan dan persyaratan pembuatan PCB. Oleh karena itu, alasan utama harus dipertimbangkan. Misalnya, dalam hal desain PCB kecepatan tinggi, penyangga harus paling dipertimbangkan. Grounding permukaan bermanfaat untuk EMC dan penutupan tembaga harus dilakukan sepenuhnya dalam kasus pulau terpencil. Secara umum, jika komponen di permukaan menerima terlalu banyak routing, akan sulit untuk menjaga foil tembaga utuh. Oleh karena itu, disarankan papan dengan banyak komponen permukaan atau banyak routing tidak dilapisi tembaga.

Q32: Dalam proses routing jam, apakah perlu menambahkan ground penyangga di kedua sisi?

A32: Ini tergantung pada crosstalk atau EMI papan. Jika garis ground penyangga tidak diproses dengan benar, itu akan membawa efek buruk sebaliknya.

Q33: Apa strategi routing jam untuk sinyal pada frekuensi yang berbeda?

A33: Dalam hal routing garis jam, analisis integritas sinyal harus dilakukan terlebih dahulu dan prinsip routing harus diterapkan. Kemudian saatnya untuk mengimplementasikan routing berdasarkan prinsip-prinsip tersebut.

Sumber Daya yang Membantu
• Cara Merancang PCB Berkualitas Tinggi
• Aturan Desain PCB Utama yang Harus Anda Ketahui
• Masalah Umum yang Terjadi dalam Desain PCB
• Masalah yang Mungkin Terjadi dan Solusi dalam Proses Desain PCB
• Elemen Desain PCB yang Mempengaruhi Pembuatan SMT