رهنمودهایی برای شروع کار جهت طراحی بردهای فرکانس بالا

فرکانس بالا;

اگر شما تا به حال تجربه طراحی بردهای فرکانس بالا را نداشته‌اید و هیچ پیش‌زمینه‌ای در این مورد ندارید این مقاله شما را راهنمایی می‌کند تا مسیر پیش روی خود را بشناسید و سردرگم نشوید چون اکثر کسانی که می‌خواهند طراحی فرکانس بالا را شروع کنند در میان صدها و شاید هزاران داکیومنت کمپانی‌های مختلف که هر کدام از تکنیک‌ها و واژه‌های مختلف استفاده می‌کنند، سردرگم می‌شوند. پس در اینجا ما شما را راهنمایی می‌کنیم که حداقل ملزومات در این امر چیست و بدانید دنبال چه مبحث‌ها و تکینک‌هایی بروید.

در ابتدا باید بگویم وقتی شما با بردهای فرکانس بالا سروکار دارید، بیشتر تکنیک‌هایی که باید یاد بگیرید، گسترش همان قوانین و روش‌های طراحی اولیه برد هست که قبلا احتمالا با آن‌ها آشنا بوده‌اید.با این حال راه‌های مختلفی برای دستیابی به این تکنیک‌های طراحی وجود دارد، به عنوان مثال مسیریابی؛ که احتمالا شما قبلا هیچوقت تکنیک اش را در نظر نمی‌گرفتید.

در اینجا ما مروری بر مفاهیمی که هنگام طراحی مدارات سرعت بالا به آن احتیاج است را خواهیم داشت. همچنین در مقالات آینده مباحث بیشتری را مورد بررسی قرار خواهیم داد تا به درک عمیق‌تری در این موضوع برسید. همیشه این موضوع را به یاد داشته باشید که برای کار بر روی نسل‌های جدید و پیشرفته بردها نیاز شدیدی به طراحان ماهر و به خصوص مسلط به بردهای فرکانس بالا هست. دلیلش هم می‌تونه پیشرفت سریع در زمینه‌های ارتباطات، هوا فضا و اینترنت اشیاء باشد که این موارد گفته شده تنها یک بخش کوچک از صنایع و محصولاتی هستند که به مدارات پرسرعت احتیاج دارند. به هر حال امید است که این مجموعه مقالات به شما در راه تبدیل شده به یک طراح، مؤثر باشند.

طراحی‌های با سرعت بالا شامل بسیاری از تکنیک‌های طراحی جدید از جمله اندازه‌گیری طول مسیر شده است.

چه زمانی یک طراحی یا یک PCB به عنوان یک طراحی سرعت بالا در نظر گرفته می‌شود؟

قبل از شروع طراحی یک مدار پرسرعت، بیایید ببینیم که چه چیزی را به عنوان یک طرح سرعت بالا در نظر می‌گیریم. زمانی که یک برد در فرکانسی کار می‌کند که در این فرکانس کاری عملکرد مدار شروع به کاهش میکند، این طراحی و این برد را باید یک طراحی و برد فرکانس بالا یا پرسرعت در نظر گرفت. همچنین بسیاری از فاکتورهای دیگر مانند خود مدار، مواد به کار رفته در برد و مدار، محیط، اندازه برد، طول مسیرها در تعیین سرعت بالا بودن برد مطرح هست.

متغیرهایی که برای طراحی‌های با سرعت بالا باید در نظر گرفته شوند

طراحی‌های پرسرعت، محدودیت‌های زیادی را برای شما به عنوان یک طراح به ارمغان می‌آورند و دلیل این امر آن است که شما باید ملزومات طراحی خاصی را برای سیگنال‌ها با سرعت‌های مختلف و همچنین یک سری الزامات دیگر، برآورده کنید.

به همین دلیل در اینجا بخش‌هایی از مواردی که برای تکمیل موفقیت‌آمیز در یک طراحی فرکانس بالا باید در نظر بگیرید را شرح داده ام

ملاحظات شماتیک

بسته به اینکه شما یک مهندس برق باشید یا یک طراح PCB، ممکن است که با شماتیک رفتار و برخورد متفاوتی داشته باشید. معمولا همه شماتیک را فقط یک راه برای برقراری ارتباطات یک برد در نظر می‌گیریم. اما شماتیک می‌تواند در سازماندهی و ارائه طراحی پرسرعت کمک شایانی به ما کند پس این مورد را دست کم نگیرید و از ابزارهای شماتیک نرم‌افزار مورد استفادتون غافل نشوید.

متریال برد و ملزومات استک-اپ برای سرعت‌های بالا

اینکه برد شما از چه موادی ساخته شده است و چگونگی ساخت لایه‌ها یا چگونگی لایه بندی شما، می‌تواند در طراحی شما تفاوت ایجاد کند.در مورد این مواد و تاکتیک های استک-اپ در آینده بحث خواهیم کرد.

استراتژی‌های چینش قطعات سرعت بالا

روشهای چینش مختلفی وجود دارد که می‌تواند بر کارایی یک طرح فرکانس بالا اثر مثبت داشته باشد همچنین علاوه بر چینش، فوت پرینت‌های پیشرفته هم بر کارایی طرح موثر است و دلیل این است که فاصله و سایز و چینش پدهای یک قطعه می‌تواند به کوتاه‌تر شدن مسیر اتصالات پرسرعت کمک کند.

درک استریپ لاین و مایکرواستریپ

طراحی‌های سرعت بالا اغلب به روش‌های متفاوتی برای مسیریابی نیاز دارند. در آینده این مقوله را بررسی خواهیم کرد تا شما درک بهتری از مسیریابی استریپ لاین و مایکرواستریپ را داشته باشید تا بتوانید سریع‌تر مسیریابی کنید.

کراس-تاک (یا کراس-تالک)، کنترل امپدانس و ملاحظات موازی

در یک طراحی فرکانس بالا موارد بسیاری وجود دارند که می‌توانند بر طراحی شما اثر منفی بگذارد و بسیار مهم است که شما این تاثیرات را در طراحی خود از بین ببرید، در این مورد می‌توانید به مقاله قبلی بنده در مورد کراس-تالک مراجعه کنید.

توپولوژی‌های مسیریابی و بهترین شیوه‌های مسیریابی

در مسیریابی مسیرهای پرسرعت اغلب برای دست‌یابی به مسیر موردنظر باید از اشکال خاص و یا توپولوژی‌های خاص استفاده کرد. برای دستیابی به این هدف به بهترین شیوه ممکن، کشف روشهای مختلف برای مسیریابی وایاهای اسکیپ (مورد استفاده برای چیپ های BGA)، طول مسیرها، مسیرهای برگشتی و … می‌تواند در تحقق این امر کمک کند.

جفت‌های تفاظلی و طول مسیرشان

در یک طراحی با سرعت بالا، مسیریابی جفت‌های تفاضلی بسیار مهم است و مسیرکشی باید به گونه‌ای باشد که سیگنال‌های این زوج همزان به مقصد برسند. در این مورد و مورد سیگنال‌های تکی مقالاتی ارائه خواهد شد البته موجود هم هست.

تنظیم طول مسیر

پس از اندازه‌گیری طول مسیرهای کشیده شده، آنها اغلب باید از نظر طول با دیگر سیگنال‌ها همسان باشند. و بر طبق رفتار سیگنال یا سیگنال‌ها می‌توان اندازه‌های مختلفی را برای یک یا دسته‌ای از این سیگنال‌ها در نظر گرفت.

شبیه‌سازها

قبل از شروع طراحی، در طول طراحی و پس از طراحی، بردهای فرکانس بالا شما همواره باید از شبیه‌سازها استفاده کنید و برای یادگیری نکات و ترفندهای مورد استفاده در شبیه‌سازی طرح‌های خود، با این نرم‌افزارها آشنا شوید.

در فرکانس‌های بالا دنیای کاملا جدیدی از طراحی pcb در انتظار شماست.

تئوری را وارد عمل کنید، همانطور که دیدید در طراحی بردهای فرکانس بالا نرم‌افزارهای مختلف نقش‌های مهمی را دارند و خوشبختانه تعدادشان هم کم نیست و بسته به نیاز انواع مختلفی از این ابزارها وجود دارد، به عنوان مثال ابزارهای محاسبه امپدانس، مسیریاب‌های زوج های تفاضلی، گزینه‌های اندازه‌گیری طول مسیرها و … که همگی در این راه شما را یاری خواهند داد.

و در آخر قصد این مقاله روشن کردن راه پیش روی شما در این نوع طراحی‌هاست و در کل بحث‌ها و موارد زیاد در این مسیر وجود خواهند داشت که همگی نیاز به مطالعه و تلاش شما دارند و هر کدام از موارد بالا جای بحث‌های فراوان و هر کدام جای تحقیق دارند.