Was ist der beste Weg, um eine Leiterplatte mit Quarzoszillatoren und MCU zu gestalten?

Ich möchte ein wenig perspektivisch eingreifen: Sie haben es hier nicht wirklich mit Highspeed zu tun. Sie können bei diesen Frequenzen wirklich tun, was Sie wollen, und erhalten eine perfekte Signalintegrität. Ein paar MHz, sogar ein paar zehn MHz, werden keine wirklichen Probleme verursachen.

Besonders auf der Kristallseite müssen Sie sich um nichts kümmern. Ich hatte Layouts, bei denen der Kristall einige Zentimeter von einer MCU entfernt platziert war, und es funktionierte einwandfrei. Ich habe es sondiert, es sieht so aus, als ob der Kristall fest gekoppelt ist. Hochgeschwindigkeitsdesign ist 300 MHz und höher - oder hochohmig ab etwa 100 MHz. Das ist ungefähr der Punkt, an dem das Routing Taktversatz und Reflexionen verursachen kann und an dem sich Ihre PCB-Leiterbahnen nicht mehr wie Widerstandselemente verhalten.

Bei jedem geräuschempfindlichen Design sollten Sie Folgendes berücksichtigen:

• Elektrische Felder und insbesondere deren Änderungsgeschwindigkeit sollten minimiert werden. Elektrische Felder sind proportional zur Spannung und umgekehrt proportional zur Entfernung, daher sollten Sie den Abstand zwischen Leitungen maximieren, deren Spannung schnell schwankt
• Magnetfelder sollten minimiert werden. Magnetfelder sind proportional zur Schleifengröße und Stromänderungsrate, daher möchten Sie alles mit einer hohen Stromänderungsrate (Leistungsumwandlung, IC-Stromleitungen) mit geeigneten Kondensatorwerten entkoppeln und Stromleitungen so nah beieinander verlegen wie möglich, um die Größe der Stromschleifen zu minimieren
• Hohe Impedanz bedeutet geringe Störfestigkeit. Vermeiden Sie hochohmige Leitungen und machen Sie diese möglichst störunempfindlich. Schirmen Sie sie ab, schützen Sie sie, aber schließen Sie sie idealerweise einfach mit einer niedrigen Impedanz ab, damit Sie sich nicht darum kümmern müssen.

Priorisieren Sie Ihre Clock-Linien, indem Sie dies der Reihe nach tun:

1. Platzieren Sie die Taktquelle und unterstützende Geräte
2. Surround-Taktquelle mit allen Taktsenken
3. Platzieren Sie alle wichtigen Machtstrukturen
4. Verlegen Sie zuerst die Uhrennetze
5. Andere Signalnetze zuletzt verlegen
6. Überschüssige Fläche mit Powerstruktur auffüllen etc

Einer der Schlüssel zu einem guten Routing ist eine gute Platzierung der Komponenten. Sie sollten die Taktsenken so nah wie möglich an der Quelle zusammendrücken und gleichzeitig genügend Platz für die Abschirmung von lauten oder empfindlichen Komponenten haben. Wenn Sie die ersten paar Schritte abgeschlossen haben und nicht weiterkommen, müssen Sie möglicherweise aufreißen und neu verlegen.

Diese Bestellung gibt Ihren Uhren die höchste Priorität, damit Ihre Uhrenlinien so kurz wie möglich sein können. Kurze Taktleitungen bedeuten weniger EMI zwischen den Signalen und somit eine bessere Signalintegrität und Zuverlässigkeit. Kürzere Leitungen bedeuten auch, dass eine kleinere kapazitive Last betrieben werden muss, was zu einem geringeren Stromverbrauch führt. Die einzige Möglichkeit, Hochgeschwindigkeitsdesigns zum Laufen zu bringen, besteht darin, den Takt zu priorisieren, da er auch das Timing beeinflusst.

Für weitere Informationen finden Sie hier einige Richtlinien.