فرکانس بالا
اگر شما تابه‌حال 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 در‌میان صدها و شاید هزاران داکیومنت کمپانی‌های مختلف که هرکدام 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، به‌عنوان‌مثال مسیریابی؛ که احتمالا شما قبلا هیچوقت تکنیک‌اش را درنظر 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 موردبررسی قرارخواهیم‌داد تا به درک عمیق‌تری در این موضوع برسید. همیشه این موضوع را به‌یاد داشته‌باشید که برای کار بر روی نسل‌های جدید و پیشرفته بردها نیاز شدیدی به طراحان ماهر و به‌خصوص مسلط به بردهای فرکانس بالا هست. دلیلش هم می‌تونه پیشرفت سریع در زمینه‌های ارتباطات، هوافضا و اینترنت اشیاء باشد که این موارد گفته‌شده تنها یک بخش کوچک از صنایع و محصولاتی هستند که به مدارات پرسرعت احتیاج دارند. بهرحال 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 شده‌است.
چه زمانی یک طراحی یا یک PCB به‌عنوان یک طراحی سرعت بالا درنظرگرفته می‌شود؟
قبل‌از شروع طراحی یک مدار پرسرعت، بیایید ببینیم که چه چیزی را به‌عنوان یک طرح سرعت بالا درنظر می‌گیریم؟ زمانی‌که 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 درنظر گرفت. همچنین بسیاری‌از فاکتورهای دیگر مانند خود مدار، مواد به‌کار رفته در برد و مدار، محیط، اندازه برد، طول مسیرها در تعیین سرعت بالا بودن برد مطرح هست.
به‌طورکلی می‌توان گفت از ۵۰مگاهرتز به بالا نقطه‌ای است که یک طرح PCB باید به‌عنوان یک طراحی با سرعت بالا درنظر گرفته شود.
متغیرهایی که برای طراحی‌های با سرعت بالا باید درنظر گرفته‌شوند
طراحی‌های پرسرعت، محدودیت‌های زیادی را برای شما به‌عنوان 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 یکسری الزامات دیگر، برآورده کنید. به‌همین‌دلیل در اینجا بخش‌هایی از مواردی که برای تکمیل موفقیت‌آمیز در یک طراحی فرکانس بالا باید درنظر بگیرید را شرح داده ام
ملاحظات شماتیک
بسته به اینکه شما یک مهندس برق باشید یا یک طراح PCB، ممکن‌است که با شماتیک رفتار و برخورد متفاوتی داشته‌باشید. معمولا همه شماتیک را فقط یک راه برای برقراری ارتباطات یک برد درنظر می‌گیریم. اما شماتیک می‌تواند در سازماندهی و ارائه طراحی پرسرعت کمک شایانی به ما کند پس این مورد را دست‌کم نگیرید و از ابزارهای شماتیک نرم‌افزار مورداستفادتون غافل نشوید.
متریال برد و ملزومات استک-اپ برای سرعت‌های بالا
اینکه برد شما از چه موادی ساخته‌شده‌است و چگونگی ساخت لایه‌ها یا چگونگی لایه‌بندی شما، می‌تواند در طراحی شما تفاوت ایجاد کند. درمورد این مواد و تاکتیک‌های استک-اپ در آینده بحث خواهیم‌کرد.
استراتژی‌های چینش قطعات سرعت بالا
روش‌های چینش مختلفی وجود دارد که می‌تواند بر کارایی یک طرح فرکانس بالا اثر مثبت داشته‌باشد همچنین علاوه‌بر 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 کوتاه‌ترشدن 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 خواهیم‌کرد تا شما درک بهتری از مسیریابی استریپ لاین و مایکرواستریپ را داشته‌باشید 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 بسیارمهم است که شما این تاثیرات را در طراحی خود از بین ببرید، در این مورد می‌توانید به مقاله قبلی بنده درمورد 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 (مورداستفاده برای چیپ های BGA)، طول مسیرها، مسیرهای برگشتی و… می‌تواند در تحقق این امر کمک کند.
جفت‌های تفاضلی و طول مسیرشان
در یک طراحی با سرعت بالا، مسیریابی جفت‌های تفاضلی بسیارمهم است و مسیرکشی باید به‌گونه‌ای 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
پس‌از اندازه‌گیری طول مسیرهای کشیده شده، آنها اغلب باید از نظر طول با دیگر سیگنال‌ها همسان باشند. و برطبق رفتار سیگنال یا سیگنال‌ها می‌توان اندازه‌های مختلفی را برای یک یا دسته‌ای از این سیگنال‌ها درنظرگرفت.
شبیه‌سازها
قبل‌از شروع طراحی، در طول طراحی و پس‌از طراحی، بردهای فرکانس بالا شما همواره باید از شبیه‌سازها استفاده‌کنید و برای یادگیری نکات و ترفندهای مورداستفاده 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، همانطورکه 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، به‌عنوان‌مثال ابزارهای محاسبه امپدانس، مسیریاب‌های زوج‌های 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 پیشروی 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 هرکدام از موارد بالا جای بحث‌های فراوان و هرکدام جای تحقیق دارند.
منبع: سیسوگ
