Ο σχεδιασμός του PCB υψηλής συχνότητας είναι μια περίπλοκη διαδικασία και πολλοί παράγοντες μπορεί να επηρεάσουν άμεσα την απόδοση λειτουργίας του κυκλώματος υψηλής συχνότητας. Ο σχεδιασμός του κυκλώματος υψηλής συχνότητας και η καλωδίωση είναι πολύ σημαντικές για ολόκληρο το σχέδιο. Συνιστώνται ιδιαίτερα οι ακόλουθες δέκα συμβουλές για σχεδιασμό PCB κυκλώματος υψηλής συχνότητας:

1. Καλωδίωση πλακέτας πολλαπλών στρώσεων

Τα κυκλώματα υψηλής συχνότητας τείνουν να έχουν υψηλή ενοποίηση και υψηλή πυκνότητα καλωδίωσης. Η χρήση πλακών πολλαπλών στρώσεων δεν είναι μόνο απαραίτητη για την καλωδίωση, αλλά και ένα αποτελεσματικό μέσο για τη μείωση των παρεμβολών. Στο στάδιο της διάταξης PCB, μια λογική επιλογή του μεγέθους της τυπωμένης πλακέτας με έναν ορισμένο αριθμό στρωμάτων μπορεί να κάνει πλήρη χρήση της ενδιάμεσης στρώσης για τη ρύθμιση της θωράκισης, να συνειδητοποιήσει καλύτερα την πλησιέστερη γείωση και να μειώσει αποτελεσματικά την παρασιτική επαγωγή και να συντομεύσει το σήμα μήκος μετάδοσης, διατηρώντας παράλληλα μεγάλο Όλες αυτές οι μέθοδοι είναι ευεργετικές για την αξιοπιστία των κυκλωμάτων υψηλής συχνότητας, όπως η μείωση του πλάτους της διασταυρούμενης παρεμβολής σήματος. Ορισμένα δεδομένα δείχνουν ότι όταν χρησιμοποιείται το ίδιο υλικό, ο θόρυβος της πλακέτας τεσσάρων στρώσεων είναι 20 dB χαμηλότερος από αυτόν της πλακέτας διπλής όψης. Ωστόσο, υπάρχει και ένα πρόβλημα. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των μισών στρωμάτων PCB, τόσο πιο περίπλοκη είναι η διαδικασία κατασκευής και τόσο υψηλότερο είναι το κόστος μονάδας. Αυτό απαιτεί να επιλέγουμε πλακέτες PCB με τον κατάλληλο αριθμό στρωμάτων κατά την εκτέλεση της διάταξης PCB. Λογικός σχεδιασμός διάταξης εξαρτημάτων και χρησιμοποιήστε σωστούς κανόνες καλωδίωσης για να ολοκληρώσετε τη σχεδίαση.

2. Όσο λιγότερο λυγίζει το μόλυβδο μεταξύ των ακίδων ηλεκτρονικών συσκευών υψηλής ταχύτητας, τόσο το καλύτερο

Το καλώδιο μολύβδου της καλωδίωσης κυκλώματος υψηλής συχνότητας είναι καλύτερο να υιοθετήσει μια πλήρη ευθεία γραμμή, η οποία πρέπει να περιστραφεί. Μπορεί να περιστραφεί με μια διακεκομμένη γραμμή 45 μοιρών ή ένα κυκλικό τόξο. Αυτή η απαίτηση χρησιμοποιείται μόνο για τη βελτίωση της αντοχής στερέωσης του φύλλου χαλκού σε κυκλώματα χαμηλής συχνότητας, ενώ σε κυκλώματα υψηλής συχνότητας, αυτή η απαίτηση ικανοποιείται. Μία απαίτηση μπορεί να μειώσει την εξωτερική εκπομπή και την αμοιβαία σύζευξη σημάτων υψηλής συχνότητας.

3. Όσο μικρότερο είναι το καλώδιο μεταξύ των ακίδων της συσκευής κυκλώματος υψηλής συχνότητας, τόσο το καλύτερο

Η ένταση ακτινοβολίας του σήματος είναι ανάλογη με το μήκος του ίχνους της γραμμής σήματος. Όσο μεγαλύτερο είναι το καλώδιο σήματος υψηλής συχνότητας, τόσο πιο εύκολο είναι να συνδεθεί με τα εξαρτήματα που βρίσκονται κοντά του. Επομένως, για το ρολόι σήματος, ο κρυσταλλικός ταλαντωτής, τα δεδομένα DDR, οι γραμμές LVDS, οι γραμμές USB, οι γραμμές HDMI και άλλες γραμμές σήματος υψηλής συχνότητας απαιτείται να είναι όσο το δυνατόν πιο σύντομες.

4. Όσο λιγότερο το στρώμα μολύβδου εναλλάσσεται μεταξύ των ακίδων της συσκευής κυκλώματος υψηλής συχνότητας, τόσο το καλύτερο

Το λεγόμενο «όσο μικρότερη είναι η εναλλαγή μεταξύ των στρωμάτων των καλωδίων, τόσο το καλύτερο» σημαίνει ότι όσο λιγότερες διόδους (Via) χρησιμοποιούνται στη διαδικασία σύνδεσης εξαρτημάτων, τόσο το καλύτερο. Σύμφωνα με την πλευρά, ένα via μπορεί να φέρει περίπου 0.5pF κατανεμημένη χωρητικότητα και η μείωση του αριθμού των vias μπορεί να αυξήσει σημαντικά την ταχύτητα και να μειώσει την πιθανότητα σφαλμάτων δεδομένων.

5. Δώστε προσοχή στο “crosstalk” που εισάγεται από τη γραμμή σήματος σε στενή παράλληλη δρομολόγηση

Η καλωδίωση του κυκλώματος υψηλής συχνότητας θα πρέπει να δίνει προσοχή στο “crosstalk” που εισάγεται από τη στενή παράλληλη δρομολόγηση των γραμμών σήματος. Το Crosstalk αναφέρεται στο φαινόμενο σύζευξης μεταξύ γραμμών σήματος που δεν συνδέονται άμεσα. Δεδομένου ότι τα σήματα υψηλής συχνότητας μεταδίδονται με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων κατά μήκος της γραμμής μετάδοσης, η γραμμή σήματος θα λειτουργεί ως κεραία και η ενέργεια του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου θα εκπέμπεται γύρω από τη γραμμή μετάδοσης. Παράγονται ανεπιθύμητα σήματα θορύβου λόγω της αμοιβαίας σύζευξης ηλεκτρομαγνητικών πεδίων μεταξύ των σημάτων. Ονομάζεται crosstalk (Crosstalk). Οι παράμετροι του στρώματος PCB, η απόσταση των γραμμών σήματος, τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του άκρου οδήγησης και του άκρου λήψης και η μέθοδος τερματισμού της γραμμής σήματος έχουν όλα κάποιο αντίκτυπο στη διασταύρωση. Ως εκ τούτου, για να μειωθεί η αλληλεπίδραση των σημάτων υψηλής συχνότητας, απαιτείται να κάνετε τα ακόλουθα όσο το δυνατόν περισσότερο κατά την καλωδίωση:

Εάν το επιτρέπει ο χώρος της καλωδίωσης, η εισαγωγή ενός καλωδίου γείωσης ή επιπέδου γείωσης μεταξύ των δύο καλωδίων με πιο σοβαρή αλληλεπίδραση μπορεί να παίξει ρόλο στην απομόνωση και να μειώσει την αλληλεπίδραση. Όταν υπάρχει ένα χρονικά μεταβαλλόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο στον χώρο που περιβάλλει τη γραμμή σήματος, εάν η παράλληλη κατανομή δεν μπορεί να αποφευχθεί, μια μεγάλη περιοχή “γείωσης” μπορεί να διευθετηθεί στην αντίθετη πλευρά της γραμμής παράλληλου σήματος για να μειωθούν σημαντικά οι παρεμβολές.

Με την προϋπόθεση ότι το επιτρέπει ο χώρος καλωδίωσης, αυξήστε την απόσταση μεταξύ γειτονικών γραμμών σήματος, μειώστε το παράλληλο μήκος των γραμμών σήματος και προσπαθήστε να κάνετε τη γραμμή του ρολογιού κάθετη στη γραμμή σήματος κλειδιού αντί για παράλληλη. Εάν η παράλληλη καλωδίωση στο ίδιο στρώμα είναι σχεδόν αναπόφευκτη, σε δύο γειτονικά στρώματα, οι κατευθύνσεις της καλωδίωσης πρέπει να είναι κάθετες μεταξύ τους.

Στα ψηφιακά κυκλώματα, τα συνηθισμένα σήματα ρολογιού είναι σήματα με γρήγορες αλλαγές ακμών, τα οποία έχουν υψηλή εξωτερική διασύνδεση. Επομένως, στη σχεδίαση, η γραμμή του ρολογιού θα πρέπει να περιβάλλεται από μια γραμμή γείωσης και να ανοίγει περισσότερες οπές γραμμής γείωσης για να μειωθεί η κατανεμημένη χωρητικότητα, μειώνοντας έτσι την αλληλεπίδραση. Για ρολόγια σήματος υψηλής συχνότητας, προσπαθήστε να χρησιμοποιήσετε σήματα διαφορικού ρολογιού χαμηλής τάσης και τυλίξτε τη λειτουργία γείωσης και δώστε προσοχή στην ακεραιότητα της διάτρησης γείωσης του πακέτου.

Ο ακροδέκτης εισόδου που δεν χρησιμοποιείται δεν πρέπει να είναι αναρτημένος, αλλά γειωμένος ή συνδεδεμένος με την παροχή ρεύματος (η τροφοδοσία ρεύματος είναι επίσης γειωμένη στον βρόχο σήματος υψηλής συχνότητας), επειδή η αναρτημένη γραμμή μπορεί να είναι ισοδύναμη με την κεραία εκπομπής και η γείωση μπορεί να εμποδίσει η εκπομπή. Η πρακτική έχει αποδείξει ότι η χρήση αυτής της μεθόδου για την εξάλειψη της αλληλεπίδρασης μπορεί μερικές φορές να αποφέρει άμεσα αποτελέσματα.

6. Προσθέστε πυκνωτή αποσύνδεσης υψηλής συχνότητας στον ακροδέκτη τροφοδοσίας του μπλοκ ολοκληρωμένου κυκλώματος

Ένας πυκνωτής αποσύνδεσης υψηλής συχνότητας προστίθεται στον ακροδέκτη τροφοδοσίας κάθε μπλοκ ολοκληρωμένου κυκλώματος κοντά. Η αύξηση του πυκνωτή αποσύνδεσης υψηλής συχνότητας του ακροδέκτη τροφοδοσίας μπορεί να καταστείλει αποτελεσματικά την παρεμβολή των αρμονικών υψηλής συχνότητας στον ακροδέκτη τροφοδοσίας ρεύματος.

7. Απομονώστε το καλώδιο γείωσης του καλωδίου γείωσης ψηφιακού σήματος υψηλής συχνότητας και αναλογικού σήματος

Όταν το αναλογικό καλώδιο γείωσης, το ψηφιακό καλώδιο γείωσης κ.λπ. είναι συνδεδεμένα στο δημόσιο καλώδιο γείωσης, χρησιμοποιήστε μαγνητικά σφαιρίδια τσοκ υψηλής συχνότητας για να συνδέσετε ή να απομονώσετε απευθείας και επιλέξτε ένα κατάλληλο μέρος για διασύνδεση ενός σημείου. Το δυναμικό γείωσης του καλωδίου γείωσης του ψηφιακού σήματος υψηλής συχνότητας είναι γενικά ασυνεπές. Υπάρχει συχνά μια συγκεκριμένη διαφορά τάσης μεταξύ των δύο απευθείας. Επιπλέον, το καλώδιο γείωσης του ψηφιακού σήματος υψηλής συχνότητας περιέχει συχνά πολύ πλούσια αρμονικά στοιχεία του σήματος υψηλής συχνότητας. Όταν το καλώδιο γείωσης του ψηφιακού σήματος και το καλώδιο γείωσης αναλογικού σήματος συνδέονται απευθείας, οι αρμονικές του σήματος υψηλής συχνότητας θα παρεμβαίνουν στο αναλογικό σήμα μέσω της σύζευξης του καλωδίου γείωσης. Επομένως, υπό κανονικές συνθήκες, το καλώδιο γείωσης του ψηφιακού σήματος υψηλής συχνότητας και το καλώδιο γείωσης του αναλογικού σήματος πρέπει να απομονωθούν και μπορεί να χρησιμοποιηθεί μέθοδος διασύνδεσης ενός σημείου σε κατάλληλη θέση ή μέθοδος υψηλής μπορεί να χρησιμοποιηθεί η διασύνδεση με μαγνητικό σφαιρίδιο τσοκ συχνότητας.

8. Αποφύγετε τους βρόχους που σχηματίζονται από καλωδιώσεις

Όλα τα είδη ιχνών σήματος υψηλής συχνότητας δεν πρέπει να σχηματίζουν βρόχο όσο το δυνατόν περισσότερο. Εάν είναι αναπόφευκτο, η περιοχή του βρόχου πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερη.

9. Πρέπει να διασφαλίζει καλή αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης σήματος

Στη διαδικασία μετάδοσης σήματος, όταν η σύνθετη αντίσταση δεν ταιριάζει, το σήμα θα αντανακλάται στο κανάλι μετάδοσης και η ανάκλαση θα κάνει το συνθετικό σήμα να σχηματίσει υπέρβαση, προκαλώντας διακυμάνσεις του σήματος κοντά στο λογικό κατώφλι.

Ο θεμελιώδης τρόπος για την εξάλειψη της ανάκλασης είναι να ταιριάζει καλά η σύνθετη αντίσταση του σήματος μετάδοσης. Δεδομένου ότι όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά μεταξύ της σύνθετης αντίστασης φορτίου και της χαρακτηριστικής σύνθετης αντίστασης της γραμμής μεταφοράς, τόσο μεγαλύτερη είναι η ανάκλαση, επομένως η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση της γραμμής μετάδοσης σήματος πρέπει να ισούται όσο το δυνατόν περισσότερο με την αντίσταση φορτίου. Ταυτόχρονα, σημειώστε ότι η γραμμή μεταφοράς στο PCB δεν μπορεί να έχει ξαφνικές αλλαγές ή γωνίες και προσπαθήστε να διατηρήσετε συνεχή την αντίσταση κάθε σημείου της γραμμής μεταφοράς, διαφορετικά θα υπάρξουν αντανακλάσεις μεταξύ των διαφόρων τμημάτων της γραμμής μεταφοράς. Αυτό απαιτεί ότι κατά την καλωδίωση PCB υψηλής ταχύτητας, πρέπει να τηρούνται οι ακόλουθοι κανόνες καλωδίωσης:

Κανόνες καλωδίωσης USB. Απαιτεί δρομολόγηση διαφορικού σήματος USB, το πλάτος γραμμής είναι 10 mil, η απόσταση γραμμής είναι 6 mil και η απόσταση γραμμής γείωσης και γραμμής σήματος είναι 6 mil.

Κανόνες καλωδίωσης HDMI. Απαιτείται η δρομολόγηση διαφορικού σήματος HDMI, το πλάτος γραμμής είναι 10 mil, η απόσταση γραμμής είναι 6 mil και η απόσταση μεταξύ κάθε δύο σετ ζευγών διαφορικού σήματος HDMI υπερβαίνει τα 20 mil.

Κανόνες καλωδίωσης LVDS. Απαιτεί δρομολόγηση διαφορικού σήματος LVDS, το πλάτος γραμμής είναι 7 mil, η απόσταση γραμμής είναι 6 mil, ο σκοπός είναι ο έλεγχος της αντίστασης διαφορικού σήματος του HDMI σε 100+-15% ohm

Κανόνες καλωδίωσης DDR. Τα ίχνη DDR1 απαιτούν τα σήματα να μην περνούν από τρύπες όσο το δυνατόν περισσότερο, οι γραμμές σήματος έχουν ίσο πλάτος και οι γραμμές έχουν ίση απόσταση. Τα ίχνη πρέπει να πληρούν την αρχή των 2W για τη μείωση της αλληλεπίδρασης μεταξύ των σημάτων. Για συσκευές υψηλής ταχύτητας DDR2 και άνω, απαιτούνται επίσης δεδομένα υψηλής συχνότητας. Οι γραμμές είναι ίσες σε μήκος για να εξασφαλίσουν την αντιστοίχιση της σύνθετης αντίστασης του σήματος.

10. Εγγύηση της ακεραιότητας της μετάδοσης

Διατηρήστε την ακεραιότητα της μετάδοσης του σήματος και αποτρέψτε το «φαινόμενο αναπήδησης εδάφους» που προκαλείται από τη διάσπαση του εδάφους.