Τι κάνει τις πλακέτες τυπωμένου κυκλώματος RFSoC + GPU διαφορετικές;

Η πλακέτα που φαίνεται παραπάνω συνδυάζει δύο απαιτητικούς τομείς επεξεργασίας. Η RFSoC χειρίζεται μετατροπή δεδομένων υψηλής ταχύτητας και προγραμματιζόμενη επεξεργασία σήματος, ενώ η Jetson AGX Orin παρέχει επιτάχυνση GPU για φόρτους εργασίας που απαιτούν υπολογιστικές απαιτήσεις. Μεταξύ αυτών βρίσκονται οι λειτουργίες μνήμης, αποθήκευσης, τροφοδοσίας, χρονισμού και επικοινωνίας υψηλής ταχύτητας. Αυτή η συγκέντρωση αφήνει λιγότερη ελευθερία να αντιμετωπιστεί η κατασκευή και η συναρμολόγηση ως ξεχωριστές από τις αρχικές αποφάσεις διάταξης.

Για την κατασκευή, το σημαντικό ερώτημα δεν είναι απλώς εάν η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) περνάει τον έλεγχο των κανόνων σχεδιασμού. Η γεωμετρία του ίχνους, τα επίπεδα αναφοράς, οι μεταβάσεις διέλευσης, οι αποστάσεις των εξαρτημάτων, η κατανομή χαλκού και οι θερμικές διαδρομές πρέπει να παραμείνουν πρακτικά όταν ο σχεδιασμός γίνει μια φυσική πλακέτα.

Βασική Αρχιτεκτονική Υλικού της Πλατφόρμας RFSoC

Η πλατφόρμα έχει σχεδιαστεί για απαιτητικές εφαρμογές όπως επεξεργασία σήματος ραντάρ, επικοινωνίες υψηλής ταχύτητας, συμπερασματολογία τεχνητής νοημοσύνης, έρευνα ηλεκτρονικού πολέμου, δημιουργία πρωτοτύπων SDR και έρευνα ή διδασκαλία. Η αρχιτεκτονική της συνδυάζει μετατροπή ευρυζωνικής ραδιοσυχνότητας (RF) με επεξεργασία FPGA και επιτάχυνση GPU, επομένως η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) πρέπει να προσαρμόζεται τόσο σε ευαίσθητες αναλογικές/RF διαδρομές όσο και σε πυκνές ψηφιακές διεπαφές.

Το τμήμα RF χρησιμοποιεί αρχιτεκτονική 8T8R με δηλωμένη απομόνωση καναλιού τουλάχιστον 60 dB και SFDR τουλάχιστον 55 dBc. Αυτά τα στοιχεία καθιστούν σημαντική τη φυσική δομή της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB). Η συμπεριφορά του ελασματοειδούς πλαστικού, η γεωμετρία του χαλκού, η συνέχεια του επιπέδου αναφοράς και οι μεταβάσεις των συνδέσμων μπορούν να επηρεάσουν τον τρόπο με τον οποίο συμπεριφέρεται η κατασκευασμένη δομή σε σύγκριση με τον προβλεπόμενο σχεδιασμό.

Η τοποθέτηση της διεπαφής είναι μέρος του σχεδιασμού της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB).

Η εμπρόσθια όψη με την ετικέτα είναι χρήσιμη επειδή δείχνει ότι η περιοχή εξωτερικής διεπαφής δεν είναι απλώς μια συλλογή από υποδοχές. Οι θύρες υψηλής ταχύτητας, όπως οι θύρες 100G QSFP28 και οι διαδρομές που σχετίζονται με PCIe, χρειάζονται ελεγχόμενη δρομολόγηση στις συσκευές επεξεργασίας, ενώ οι διεπαφές USB, Ethernet, DisplayPort, GPS και εντοπισμού σφαλμάτων χρειάζονται επίσης πρακτική μηχανική πρόσβαση.

Η ίδια αρχή ισχύει και για τη διεπαφή εντοπισμού σφαλμάτων Type-C με λειτουργίες USB-to-JTAG και UART. Ένας σύνδεσμος που είναι ηλεκτρικά σωστός αλλά δύσκολος στην πρόσβαση κατά την επανεκκίνηση ή τη δοκιμή παραγωγής μπορεί να επιβραδύνει ολόκληρη τη διαδικασία επικύρωσης. Επομένως, η τοποθέτηση της διεπαφής θα πρέπει να επανεξεταστεί μαζί με τη δρομολόγηση, τους περιορισμούς του περιβλήματος και την πρόσβαση κατά τη δοκιμή.

Για έργα με συγκρίσιμες απαιτήσεις RF και υψηλής ταχύτητας, η υπηρεσία κατασκευής PCB υψηλής συχνότητας της Highleap μπορεί να είναι χρήσιμη όταν ο έλεγχος της σύνθετης αντίστασης, η επιλογή laminate και η ακεραιότητα του σήματος καθίστανται κεντρικές απαιτήσεις κατασκευής.

Σκέψεις κατασκευής PCB για σήματα RF και υψηλής ταχύτητας

Η πίσω όψη της πλακέτας προσθέτει ένα ακόμη σημαντικό στοιχείο στην εικόνα κατασκευής: η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) πρέπει να ταιριάζει στο απαιτούμενο μηχανικό περίβλημα, παρέχοντας παράλληλα χώρο για αποθήκευση, δρομολόγηση, γείωση και πρόσβαση στη συναρμολόγηση. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό όταν εξαρτήματα υψηλής ταχύτητας τοποθετούνται και στις δύο πλευρές μιας σχετικά συμπαγούς πλακέτας.

Στοίβαξη και ελεγχόμενη σύνθετη αντίσταση

Οι φυσικές διαστάσεις που εμφανίζονται στην προβολή του πίνακα είναι μόνο ένα μέρος του περιορισμού κατασκευής. Για δίκτυα RF και υψηλής ταχύτητας, το πλάτος ίχνους, το πάχος του χαλκού, το πάχος του διηλεκτρικού και οι ιδιότητες του ελάσματος καθορίζουν την προκύπτουσα σύνθετη αντίσταση. Αυτές οι τιμές θα πρέπει να συμφωνούνται με τον κατασκευαστή και όχι να υπολογίζονται από μια γενική στοίβα.

Οι υπηρεσίες κατασκευής PCB της Highleap υποστηρίζουν κατασκευές ελεγχόμενης σύνθετης αντίστασης και υψηλής συχνότητας. Το σημαντικό ερώτημα κατασκευής είναι εάν η πραγματική στοίβα παραγωγής μπορεί να αναπαράγει με συνέπεια τις ηλεκτρικές υποθέσεις που χρησιμοποιούνται κατά τη διάταξη.

Δρομολόγηση πίσω πλευράς, αποθήκευση και μηχανική απόσταση

Η πίσω περιοχή NVMe είναι ένα καλό παράδειγμα του γιατί η ηλεκτρική και μηχανική αξιολόγηση πρέπει να γίνεται ταυτόχρονα. Η αποθήκευση M.2 απαιτεί απόσταση από τον σύνδεσμο και τη μονάδα, στήριξη τοποθέτησης και πρόσβαση για συναρμολόγηση. Ταυτόχρονα, ο περιβάλλοντας χαλκός και η δρομολόγηση πρέπει να διατηρούν τις απαιτήσεις ισχύος, γείωσης και σήματος υψηλής ταχύτητας.

Το δηλωμένο μέγεθος της πλακέτας των 245 × 165 mm και πάχους 2.5 mm πρέπει επίσης να παραμένει συνεπές με το περίβλημα, τα σημεία στήριξης και τις θέσεις των συνδετήρων. Μια ανασκόπηση παραγωγής θα πρέπει να επιβεβαιώσει αυτές τις μηχανικές αναφορές πριν από την δημοσίευση των δεδομένων κατασκευής.

Μέσω δομών και διαδρομών επιστροφής RF

Κάθε via δημιουργεί μια φυσική μετάβαση. Σε διαδρομές υψηλής ταχύτητας ή RF, η διάμετρος του τρυπανιού, η γεωμετρία του πέλματος, οι διαστάσεις του αντιπέλματος και η διαδρομή του ρεύματος επιστροφής μπορούν να επηρεάσουν τη συμπεριφορά του σήματος. Η συρραφή γείωσης και η συνέχεια του επιπέδου αναφοράς είναι εξίσου σημαντικές γύρω από τις μεταβάσεις RF και υψηλής ταχύτητας.

Κατανομή χαλκού και θερμική συμπεριφορά

Μια μητρική πλακέτα που φέρει RFSoC, GPU, DDR4 και πολλαπλές διεπαφές υψηλής ταχύτητας έχει επίσης σημαντικές απαιτήσεις ισχύος και θερμότητας. Επομένως, η κατανομή χαλκού θα πρέπει να ελέγχεται για την ικανότητα μεταφοράς ρεύματος, τη συμπεριφορά παροχής ισχύος, τις θερμικές διαδρομές και την ισορροπία κατασκευής και όχι να αντιμετωπίζεται μόνο ως πρόβλημα δρομολόγησης.

Επιλέξτε εξειδικευμένες διαδικασίες μόνο όταν τις χρειάζεται ο σχεδιασμός

Μια σύνθετη πλακέτα RFSoC δεν απαιτεί αυτόματα HDI, εξωτικά ελάσματα ή κεραμική κατασκευή. Αυτές οι διαδικασίες θα πρέπει να επιλέγονται όταν η πυκνότητα δρομολόγησης, η συχνότητα, η θερμική συμπεριφορά ή άλλες επαληθευμένες απαιτήσεις τις δικαιολογούν. Η διαδικασία κατασκευής θα πρέπει να ακολουθεί τις απαιτήσεις μηχανικής, όχι το αντίστροφο.

Προκλήσεις συναρμολόγησης PCB για εξαρτήματα υψηλής πυκνότητας

Η μπροστινή όψη της PCBA δείχνει πού οι αποφάσεις κατασκευής γίνονται πρόβλημα συναρμολόγησης. Το RFSoC, η GPU, η μνήμη, οι συσκευές τροφοδοσίας, οι σύνδεσμοι και άλλα εξαρτήματα συγκεντρώνονται σε μια περιορισμένη περιοχή, αφήνοντας λίγο χώρο για ανεξέλεγκτη τοποθέτηση ή μια διαδικασία συναρμολόγησης που δεν έχει σχεδιαστεί γύρω από τη διάταξη.

Η τοποθέτηση των εξαρτημάτων δεν μπορεί να διαχωριστεί από την ακεραιότητα του σήματος

Σε μια πλακέτα όπως αυτή, η μετακίνηση ενός εξαρτήματος για τη βελτίωση της πρόσβασης στη συναρμολόγηση μπορεί να αλλάξει το μήκος διασύνδεσης υψηλής ταχύτητας, μια διαδρομή RF, μια διαδρομή ισχύος ή τη διαθέσιμη θερμική περιοχή. Επομένως, η τοποθέτηση πρέπει να εξισορροπεί την πρόσβαση στη συναρμολόγηση με τις ηλεκτρικές απαιτήσεις του αρχικού σχεδιασμού.

BGA και συναρμολόγηση λεπτού βήματος

Τα πακέτα FPGA και επεξεργαστών συγκεντρώνουν πολλές συνδέσεις συγκόλλησης σε μια μικρή περιοχή. Η εκτύπωση με κολλητική πάστα, η ακρίβεια τοποθέτησης, το προφίλ αναδιαμόρφωσης και η υποστήριξη της πλακέτας αποκτούν όλα σημασία. Επειδή πολλές συνδέσεις είναι κρυμμένες κάτω από τα πακέτα BGA, η επιθεώρηση με ακτίνες Χ αποτελεί σημαντικό συμπλήρωμα της οπτικής επιθεώρησης και της AOI.

Η υπηρεσία συναρμολόγησης PCB της Highleap υποστηρίζει συναρμολόγηση SMT, διαμπερή οπή και μικτής τεχνολογίας με AOI, ακτίνες Χ και λειτουργικές δοκιμές. Για ένα πυκνό PCBA, η στρατηγική επιθεώρησης θα πρέπει να συμφωνηθεί πριν από την παραγωγή και όχι να προστεθεί μετά την εμφάνιση ενός προβλήματος συναρμολόγησης.

Θερμικές και μηχανικές παραμέτρους συναρμολόγησης

Η GPU και η RFSoC δεν είναι μόνο εξαρτήματα υψηλής αξίας, αλλά συμβάλλουν επίσης σημαντικά στη θερμική συμπεριφορά της μητρικής. Η ποιότητα της συγκόλλησης, η ομοεπιπεδότητα των εξαρτημάτων, οι θερμικές διεπαφές, η ψύκτρα ή η μηχανική σύνδεση και οι αποστάσεις των κοντινών εξαρτημάτων μπορούν να επηρεάσουν την τελική συναρμολόγηση.

Θέματα τεκμηρίωσης συναρμολόγησης

Ένα πλήρες BOM, δεδομένα pick-and-place, σχέδιο συναρμολόγησης, πληροφορίες πολικότητας, ειδικές σημειώσεις διεργασίας και απαιτήσεις δοκιμών δίνουν στην ομάδα κατασκευής έναν πολύ πιο σαφή στόχο παραγωγής. Για ένα πολύπλοκο PCBA, η ασαφής τεκμηρίωση μπορεί να δημιουργήσει μεγαλύτερο κίνδυνο παραγωγής από την ίδια την πρόκληση τοποθέτησης.

Εάν η κατασκευή, η προμήθεια εξαρτημάτων, η SMT, η συναρμολόγηση μέσω οπών και οι δοκιμές πρέπει να παραμείνουν συντονισμένες μέσω του NPI και της παραγωγής, μια ροή εργασίας συναρμολόγησης PCB με το κλειδί στο χέρι μπορεί να μειώσει τις μεταβιβάσεις από τους προμηθευτές.

Δοκιμή και Επικύρωση πριν από την Παράδοση

Η τελική όψη της πλακέτας δεν θα πρέπει να θεωρείται ως απόδειξη ότι η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCBA) είναι έτοιμη απλώς και μόνο επειδή όλα τα εξαρτήματα είναι συμπληρωμένα. Μια πλατφόρμα με μετατροπή RF, επεξεργασία FPGA, υπολογισμό GPU, DDR4, PCIe, οπτική δικτύωση και πολλαπλές εξωτερικές διεπαφές χρειάζεται ένα σχέδιο δοκιμών που να αντικατοπτρίζει αυτές τις λειτουργίες.

Η διεπαφή Type-C με λειτουργίες USB-to-JTAG και UART μπορεί να υποστηρίξει την επανεκκίνηση και τον εντοπισμό σφαλμάτων στην πλακέτα. Η πρόσβαση στις δοκιμές θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη διάταξη, επειδή η προσβασιμότητα των συνδετήρων, οι θέσεις των αισθητήρων και τα σημεία δοκιμής καθίστανται πολύ πιο δύσκολο να αλλάξουν μετά την κατασκευή.

Οι δοκιμές θα πρέπει επίσης να χωρίζονται σε κατάλληλα στάδια. Η AOI και η ακτίνα Χ απαντούν σε ερωτήσεις συναρμολόγησης. Οι ηλεκτρικές δοκιμές ελέγχουν τη βασική συνδεσιμότητα. Το JTAG/UART υποστηρίζει την επαναφορά και οι λειτουργικές ή ραδιοσυχνοτικές δοκιμές καθορίζουν εάν η ολοκληρωμένη πλακέτα πληροί τις προβλεπόμενες απαιτήσεις συστήματος.

Η ροή εργασίας συναρμολόγησης πλακέτας κυκλωμάτων της Highleap περιλαμβάνει έλεγχο DFM, επαλήθευση εξαρτημάτων, επιθεώρηση και δοκιμές. Για ηλεκτρονικά υψηλής ταχύτητας, ο έγκαιρος καθορισμός των απαιτήσεων πρόσβασης στις δοκιμές και λειτουργικών δοκιμών μπορεί να κάνει την επικύρωση παραγωγής πολύ πιο αποτελεσματική.

Τι πρέπει να ελέγξετε πριν στείλετε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος υψηλής ταχύτητας στην κατασκευή

Πριν από την κυκλοφορία μιας τέτοιας πλακέτας, η ομάδα μηχανικών θα πρέπει να επαληθεύσει ότι το πακέτο κατασκευής περιγράφει τις φυσικές και ηλεκτρικές απαιτήσεις με αρκετή σαφήνεια για επαναλαμβανόμενη παραγωγή. Οι ακόλουθοι έλεγχοι είναι πιο χρήσιμοι από το να ρωτάτε απλώς αν τα αρχεία Gerber ανοίγουν σωστά.

Συνιστώμενο πακέτο προσφοράς

Για μια ουσιαστική ανασκόπηση της κατασκευής, παρέχετε τα δεδομένα κατασκευής της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB), τις εγκεκριμένες απαιτήσεις στοίβαξης ή σύνθετης αντίστασης, το BOM, το αρχείο pick-and-place, το σχέδιο συναρμολόγησης και τυχόν ειδικές απαιτήσεις RF, δοκιμών ή επιθεώρησης. Για μια πλακέτα με πολλαπλές διεπαφές υψηλής ταχύτητας, οι σχετικές απαιτήσεις απόδοσης είναι ιδιαίτερα χρήσιμες επειδή βοηθούν την ομάδα κατασκευής να ανασκοπήσει τη φυσική κατασκευή σε σχέση με την προβλεπόμενη εφαρμογή.

Εάν το έργο βρίσκεται ακόμη σε στάδιο πρωτοτύπου, η Highleap παρέχει επίσης υποστήριξη για την κατασκευή πρωτοτύπων PCB , ώστε η διαδικασία κατασκευής να μπορεί να αξιολογηθεί πριν από τη μετάβαση σε μεγαλύτερες ποσότητες παραγωγής.