שְׁאֵלָה:
מה הם 'gotchas' של עיצוב לוחות בתדירות גבוהה?
Steve
2009-11-28 03:09:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

ברצוני לעצב PCB לבקר לולאה אנלוגי .. משהו עם A / D, D / A ומעבד על הלוח. (לא DSP או FPGA, לא החלטתי.) מכיוון שהדבר אמור לווסת אותות אנלוגיים ב -10 קילוהרץ, זה צריך להיות מעבד מהיר למדי.

לפי מה שאני מבין, עיצוב לוח למעבדים הפועלים מעל 150 מגה הרץ לערך יכול להיות מאתגר מאוד בגלל בעיות RF. מהן עצות שתוכלו לספק בעיצוב לוח כזה? אילו בעיות עקב פריסה יכולות להתרחש? האם יש משאבים מקוונים טובים שיש להם בסיסי ידע לכך?

תודה.

האם אתה בטוח שאתה זקוק למהירות עיבוד כה רבה? 10 קילוהרץ לא נשמע מהר מדי. אולי משהו כמו ARM7 או dsPic יספיק.
תלוי בפרטים ובדרישות של לולאת הבקרה: מרווח השלב מושפע מהשיהוי מהקלט לפלט של אלגוריתם הבקרה. אם עיבוד האות מסובך, זה ייקח יותר מחזורים מאשר אם זה פשוט. אם הדרישות לשולי השלב מחמירות, יהיה לך פחות זמן פנוי. עדיף לתכנן לוח עם עודף כוח מעבד מאשר לעצב לוח עם קצת גירעון, מכיוון שתמיד תוכלו להפוך את הדברים לאיטיים יותר.
תודה, נכון, התזמון הוא קריטי ביישום זה. לא רציתי להיכנס לזה, אבל למעשה צריך לחשב את הפלט בזמן של מדגם אחד, כך שהחביון הוא המפתח.
סטיב: די קשה לא לחשב את התפוקה בזמן של מדגם אחד מכיוון שזה אומר שאתה כבר לא בזמן אמת ולא תוכל לשלוט בשום דבר.
שֵׁשׁ תשובות:
#1
+14
Clint Lawrence
2009-11-28 05:14:09 UTC
view on stackexchange narkive permalink

אם אתה מעוניין בדיגיטל מהיר, קבל עותק של עיצוב מהיר דיגיטלי במהירות.

נקודות מפתח:

  • הגורם הקובע העיקרי במעגל שלך הוא זמן העלייה של ההיגיון. גם אם אתה פועל בקצב שעון איטי, קצוות מהירים עלולים ליצור בעיות.
  • זמן העלייה המרבי של המערכת שלך נותן לך את האורך הקריטי של המעגל שלך. בעיקרון אם עיכוב ההתפשטות של האות שלך לאורך המעגל ארוך מזמן העלייה של האות, אתה צריך לדאוג להיבט התדר הגבוה של התכנון.
  • אם יתברר שהקריטי אורך קצר יותר מפריסת המעגל, אז עליך להשתמש בפריסת עכבה מבוקרת. זה כולל:
    • גיאומטריית מסלול (רוחב מסלול וגובה מעל מישור קרקעי) כדי לתת למעגל עכבה אופיינית מוגדרת.
    • סיום הנהגים ו / או המקבילים עם העכבה האופיינית לקו.
קיבלתי את הספר הזה, הוא פנטסטי בהחלט. אני רק בפרק 3, אך שלושת הפרקים הראשונים לימדו אותי חומר חדש וגרמו לי לחשוב על חומר שאני מכיר בדרכים שונות.
כמעט רבע מאה לאחר מכן, ספר ידני של קסם שחור הוא עדיין קטע הספרות המובהק בנושא.
#2
+7
ajs410
2010-05-07 21:37:32 UTC
view on stackexchange narkive permalink

השתמש במישור קרקע מלא וכוח. מכסי עוקף מוגבלים על ידי השראות, אשר נקבעת בעיקר על פי גודל החבילה, עקבות וויאות. אז בחרו את גודל החבילה הקטן ביותר שתוכלו לעבוד איתו, ואז לכו על הקיבול הגדול ביותר שלא מפר את התקציב שלכם. אם אתה זקוק לעקיפה נוספת, עלה בגודל חבילה או שניים וקבל את הקיבול הגדול ביותר בחבילה זו. כאשר מחברים את המכסה לקרקע / מטוסי חשמל, השתמשו בשתי ויאות משני צידי כל כרית; vias + cap ייראה קצת כמו H.

פיצול המטוסים יכול לסייע בבידוד החלקים האנלוגיים והדיגיטליים. לעולם אל תחצה מישור מפוצל עם עקבות איתות !!! הרחיק את האותות מקצה הלוח. שמור על אותות ברוחב עקבות של פי שניים לפחות כדי למנוע דיבורים (סימולציות מועילות כאן). שמור על אותות רוחב עקבות פי 5 מאותות רועשים מאוד (כלומר שעונים) או מאותות רגישים במיוחד (כלומר כניסות אנלוגיות). השתמש עקבות מגן מקורקעות סביב אותות רועשים / רגישים במידת הצורך. הימנע מוויאזות ותלויים עם אותות רועשים / רגישים.

באופן אידיאלי, ספק חוט קרקע אחד לכל אות במחבר. הפסק את אותות המחברים מכיוון שהם אוהבים להשליך EMI. חרוזי פריט סביב החוט יכולים לעזור גם ברעש המחברים. שמור על סיגנלים לעבור מתחת למחברים.

מישור הקרקע מאפשר לך ליצור עקבות מיקרו-רצועה, בעלי עכבה מוגדרת היטב. אתה יכול גם להשתמש בנגדי סיום אם העקבות שלך ארוכים. אני חושב שכלל האצבע הוא עבור כל nS של זמן עלייה, אתה יכול ללכת 2.5 "ללא נגד סיום.

השתמש בסימולציות IBIS כדי לקבוע אם אתה צריך נגדי סיום. ל- FPGA מודרניים יש טריקים נחמדים לכך. סוג של דבר: הם יכולים לשלוט על חוזק הנהג המוצא שלהם, לפעמים אפילו עם "עכבה מבוקרת דיגיטלית" (מונח Xilinx לטכנולוגיה). הדמיות IBIS עוזרות גם כאן כשמבררים את חוזק הכונן המתאים.

עיין ברשימת העלונים העצומים של ד"ר האוורד ג'ונסון. באמת מדהים. http://www.sigcon.com/pubsAlpha.htm

#3
+5
todbot
2009-11-28 03:17:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

אני יודע מעט מאוד על פריסה מהירה. אבל שלושת הדברים הנפוצים ששמעתי הם: הימנע מזוויות ישרות למעקב אחר אותות (הם גורמים להשתקפויות), יש מישור קרקעי ככל האפשר מהמעגל שלך, וחלק את הלוח שלך כך שיהיו לו סוגי אותות דומים (נמוכים מהיר דיגיטלי, מהיר דיגיטלי, אנלוגי) לאזורים שונים, עם "נקודות חנק" במישור הקרקע שלך כדי למזער הפרעות.

באשר למשאבים מקוונים טובים, הייתי מתאר לעצמי את גליונות הנתונים ש- & מיישמת ל- DSP או ל- FPGA שאתה שוקל יהיו טיפים טובים. אני זוכר שלקסילינקס היו דברים טובים.

הימנעות מזוויות ישרות --- האם אתה מתכוון פשוט לעשות פינות מעוגלות על עקבות? (אלא אם כן זה יכול להיות קו ישר אני מניח.)
אני חושב שהוא מתכוון שניתן לקבל זוויות פשוט לא ב 90 מעלות. הרבה זמן לא ראיתי פינות מעוגלות. אבל אם אתה מסתכל על לוח האם במחשב שלך תראה שגם כל הפינות פחות מ- <90 מעלות. אם הקו צריך לעבור 90 אז זה יהיה מפוצל לעתים קרובות, ובכן, אולי כמה זוויות של 30 מעלות
שתי פינות זווית של 45 מעלות אופייניות. אך השימוש במסלולי קו העברה וסיום תקין חשוב יותר מסגנון פינתי. אם אין לך קווי העברה שהופסקו, אז סגנונות פינתיים שונים לא ישפיעו.
שתי זוויות של 45 מעלות נפוצות מאוד מכיוון שבעקבות יש להן מאפייני התאמה מצוינים, אמצא בהמשך מדריך שמסביר אילו שיקולים עיצוביים לקחת בחשבון כדי לעשות זאת כראוי.
היום נתקלתי בתוכנת מסלול אוטומטי שעושה עקומות שימוש אינפקט. http://www.eremex.com/products/topor/competitiveadvantages/uniquefeatures.html
re: Xilinx, אני חושב שאתה מתכוון ל- xapp623. http://www.xilinx.com/support/documentation/application_notes/xapp623.pdf
הוכח כי "אין זוויות ישרות" כמיתוס אלא אם כן אתה פועל בשנות העשרה של ג'יגה הרץ ... למשל http://www.ultracad.com/articles/90deg.pdf
#4
+5
Jason S
2009-11-28 10:56:06 UTC
view on stackexchange narkive permalink

כדי לטפל ביישום שלך ולא לשאלה ששאלת ישירות (התשובות האחרות דיברו על זה):

DSP 10 kHz עבור בקר לולאה אינו מהיר מדי. (אנו משתמשים בלולאות בקרה של 5 או 10 קילו-הרץ לבקרי מנוע) עם מכשיר הגון, אני מניח שאתה אמור להיות מסוגל להתמודד עם תדר שעון של 40-80 מגה-הרץ אם היית צריך, והדבר המסודר בסדרת DSP החדשה יותר ומיקרו-בקרים הם שהם משתמשים במכפילי שעון לולאה נעילת פאזה (PLL) בכדי להגביר את תדר השעון באופן פנימי, כך שמבחינה חיצונית לא באמת צריך להיות אותות מהירים באמת. סדרת ה- DSPs של TI של TI320F28xx (ראה 28044 ו- 28235) כוללת 5L PLL (חצי צעדים מ 0.5x ל 5x), כך שתוכל לקבל שעון 100MHz עם גביש 20MHz.

לצד הדיגיטלי , מה שאתה צריך להיזהר ממנו ביותר, הוא לוודא שאתה מספק זוג טוב של מטוסי כוח וקרקע למעבד שלך, וודא שאתה מוסיף קבלים עוקפים קרוב ככל האפשר לסיכות אספקת החשמל של המעבד. כמו כן, במקום לפזר חבורה של קבלים של 0.1uF, השתמש במגוון של קבלים 0.1uF, 0.01uF ו- 0.001uF. הקבלים של 0.1uF מספקים יותר טעינה, אך ההשראות הטפילית שלהם נכנסת לתדירות בתדירות נמוכה ממה שתראה בקבל 0.01uF או 0.001uF. שני האחרונים לא יספקו כל כך הרבה טעינה, אך יעבדו כראוי כמו מכסי עוקף בתדירות גבוהה יותר. היה לנו עיצוב לוח שעבד אבל היה רעש בינוני בממיר האנלוגי לדיגיטלי של ה- DSP. אחד המהנדסים שלנו ביצע למעשה כמה מדידות בתדירות גבוהה עם בדיקת היקף עם "קצה כובע המכשפה", ישירות עם מסוף החללית וטבעת הקרקע, ושינה את קבלים העוקפים עד שראה את רעש מתח אספקת החשמל מופחת מספיק. / p>

ההמרה האנלוגית לדיגיטלית תהיה הנקודה החלשה ביותר במערכת שלך. כנראה שלא תצטרכו לעבוד קשה מדי בכדי שהמערכת הדיגיטלית תקין. אבל אלא אם כן אתה נזהר, תקבל ביצועי רעש בינוניים ב- ADC שלך. (אני חושש שאין לי הרבה ניסיון להתמודד עם זה באופן אישי; מהנדסים אחרים בחברה שלנו מטפלים בפריסה, אז מה שאני אומר לך הוא יד שנייה.) כיצד לטפל במישורים קרקעיים הוא דבר שנטען על ידי שתי גישות נפרדות: האם להשתמש במישור קרקע ענק אחד לכל המערכת, לעומת שני מישורי קרקע נפרדים, אנלוגי + דיגיטלי אחד, קשור יחד ב- ADC - הראשון הוא בסדר עבור מערכות של 8-10 סיביות, ואני שומע הפרדת אזורים דיגיטליים / אנלוגיים במעגל חשובה יותר כשמגיעים לספירות סיביות גבוהות יותר (16 ביט ומעלה).

אל תחסוך במספר שכבות הלוח. מטוסי קרקע וכוח הם החברים שלך.

אני חושב ש- dsPIC יכול לעבוד בקלות על לוח דו שכבתי, זה פשוט דורש פריסה זהירה מאוד. התשובה שלך הייתה ברורה ותמציתית.
אני מסכים. 10kHz באמת לא כל כך מהיר. יש לנו 10MIPS PIC18 שמבזבזים מחצית מזמנם בהפעלת לולאת בקרה של 5kHz, ובשאר הזמן עושים דברים אחרים. הם זקוקים לשעון 10 מגה-הרץ בלבד, וכמעט ולא לשיקולים מיוחדים לעיצוב במהירות גבוהה.
#5
+4
John D
2009-11-28 03:16:59 UTC
view on stackexchange narkive permalink

קרא ברדיו חזיר או מצא מפעיל של Extra Class שיעזור. אנו מתמודדים עם בעיות אלו כל הזמן בתדרים גבוהים בהרבה. אנו משתמשים גם בעיבוד DSP כמעט בכל הציוד שלנו. נסה את החינוך המקוון של AARL באינטרנט, או QRZ. הבעיות לא כל כך קשות לתיקון, אך יש להיזהר בהרבה אזורי בעיה.
73, KF7BYU

#6
+3
jpc
2010-05-09 03:03:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

כפי שכבר צוין, אתה יכול להשתמש במעבד מהיר עם PLL ועדיין יש לך רק את אותות 10kHz שלך + מתנד קוורץ 12MHz (קרוב למעבד) על הלוח שלך. לפרוש זאת לא תהיה בעיה.

אנשים רבים (כולל אותי) ביצעו פלט שמע סטריאו 48kHz על ARM7TDMI (הזרמה מכרטיס SD מחובר ל- SPI במקרה שלי). אפילו ראיתי פענוח mp3 בתוכנה ב- ARM7 50 מגה הרץ הפועל מ- RAM (יתכנו מצבי המתנה בעת עבודה מפלאש).

אולי קנה לוח LPC1768 mbed (100 מגה-הרץ, ADC / DAC ו- PWM מהירים מאוד על שבב, זול: 50 €) ולהכין אב טיפוס? רק אם זה לא מספיק התחל לשחק עם דברים אחרים (יקרים וקשים יותר).



שאלה ותשובה זו תורגמה אוטומטית מהשפה האנגלית.התוכן המקורי זמין ב- stackexchange, ואנו מודים לו על רישיון cc by-sa 2.0 עליו הוא מופץ.
Loading...