¿Cuáles son las habilidades del diseño de PCB de circuitos de alta frecuencia?

El diseño del PCB de alta frecuencia es un proceso complicado y muchos factores pueden afectar directamente el rendimiento de trabajo del circuito de alta frecuencia. El diseño y el cableado del circuito de alta frecuencia son muy importantes para todo el diseño. Se recomiendan especialmente los siguientes diez consejos para el diseño de PCB de circuitos de alta frecuencia:

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1. Cableado de placa multicapa

Los circuitos de alta frecuencia tienden a tener una alta integración y una alta densidad de cableado. El uso de placas multicapa no solo es necesario para el cableado, sino también un medio eficaz para reducir la interferencia. En la etapa de diseño de PCB, una selección razonable del tamaño de la placa impresa con un cierto número de capas puede hacer un uso completo de la capa intermedia para configurar el escudo, realizar mejor la conexión a tierra más cercana y reducir efectivamente la inductancia parásita y acortar la señal. longitud de transmisión, sin dejar de mantener una gran Todos estos métodos son beneficiosos para la fiabilidad de los circuitos de alta frecuencia, como la reducción de la amplitud de la interferencia cruzada de la señal. Algunos datos muestran que cuando se utiliza el mismo material, el ruido de la placa de cuatro capas es 20 dB más bajo que el de la placa de doble cara. Sin embargo, también existe un problema. Cuanto mayor sea el número de medias capas de PCB, más complejo será el proceso de fabricación y mayor será el costo unitario. Esto requiere que seleccionemos placas de PCB con el número apropiado de capas al realizar el diseño de PCB. Planificación razonable del diseño de componentes y uso de reglas de cableado correctas para completar el diseño.

2. Cuanto menos se doble el cable entre las clavijas de los dispositivos electrónicos de alta velocidad, mejor

El cable conductor del cableado del circuito de alta frecuencia es mejor para adoptar una línea recta completa, que debe girarse. Se puede girar mediante una línea discontinua de 45 grados o un arco circular. Este requisito solo se utiliza para mejorar la resistencia de fijación de la lámina de cobre en circuitos de baja frecuencia, mientras que en los circuitos de alta frecuencia se cumple este requisito. Un requisito puede reducir la emisión externa y el acoplamiento mutuo de señales de alta frecuencia.

3. Cuanto más corto sea el cable entre los pines del dispositivo de circuito de alta frecuencia, mejor

La intensidad de radiación de la señal es proporcional a la longitud del trazo de la línea de señal. Cuanto más largo sea el cable de la señal de alta frecuencia, más fácil será acoplarlo a los componentes cercanos. Por lo tanto, para el reloj de señal, el oscilador de cristal, los datos DDR, las líneas LVDS, las líneas USB, las líneas HDMI y otras líneas de señal de alta frecuencia deben ser lo más cortas posible.

4. Cuanto menos alterne la capa de plomo entre los pines del dispositivo de circuito de alta frecuencia, mejor

El llamado “cuanto menor sea la alternancia entre capas de los cables, mejor” significa que cuantas menos vías (Vía) se utilicen en el proceso de conexión de componentes, mejor. Según el lado, una vía puede producir una capacitancia distribuida de 0.5 pF, y la reducción del número de vías puede aumentar significativamente la velocidad y reducir la posibilidad de errores de datos.

5. Preste atención a la “diafonía” introducida por la línea de señal en el enrutamiento paralelo cercano

El cableado del circuito de alta frecuencia debe prestar atención a la “diafonía” introducida por el enrutamiento paralelo cercano de las líneas de señal. La diafonía se refiere al fenómeno de acoplamiento entre líneas de señal que no están conectadas directamente. Dado que las señales de alta frecuencia se transmiten en forma de ondas electromagnéticas a lo largo de la línea de transmisión, la línea de señal actuará como una antena y la energía del campo electromagnético se emitirá alrededor de la línea de transmisión. Se generan señales de ruido indeseables debido al acoplamiento mutuo de campos electromagnéticos entre las señales. Llamada diafonía (Crosstalk). Los parámetros de la capa de PCB, el espaciado de las líneas de señal, las características eléctricas del extremo de conducción y el extremo de recepción, y el método de terminación de la línea de señal tienen un cierto impacto en la diafonía. Por lo tanto, para reducir la diafonía de las señales de alta frecuencia, se requiere hacer lo siguiente tanto como sea posible al realizar el cableado:

Si el espacio de cableado lo permite, la inserción de un cable de tierra o un plano de tierra entre los dos cables con diafonía más grave puede desempeñar un papel en el aislamiento y reducir la diafonía. Cuando hay un campo electromagnético variable en el tiempo en el espacio que rodea la línea de señal, si no se puede evitar la distribución en paralelo, se puede disponer una gran área de “tierra” en el lado opuesto de la línea de señal paralela para reducir en gran medida la interferencia.

Bajo la premisa de que el espacio de cableado lo permite, aumente el espacio entre las líneas de señal adyacentes, reduzca la longitud paralela de las líneas de señal e intente hacer que la línea del reloj sea perpendicular a la línea de señal clave en lugar de paralela. Si el cableado paralelo en la misma capa es casi inevitable, en dos capas adyacentes, las direcciones del cableado deben ser perpendiculares entre sí.

En los circuitos digitales, las señales de reloj habituales son señales con cambios de borde rápidos, que tienen una alta diafonía externa. Por lo tanto, en el diseño, la línea de reloj debe estar rodeada por una línea de tierra y perforar más agujeros en la línea de tierra para reducir la capacitancia distribuida, reduciendo así la diafonía. Para relojes de señal de alta frecuencia, intente usar señales de reloj diferencial de bajo voltaje y envuelva el modo de tierra, y preste atención a la integridad de la perforación de tierra del paquete.

El terminal de entrada no utilizado no debe suspenderse, sino conectarse a tierra o conectarse a la fuente de alimentación (la fuente de alimentación también está conectada a tierra en el bucle de señal de alta frecuencia), porque la línea suspendida puede ser equivalente a la antena transmisora ​​y la conexión a tierra puede inhibir la emisión. La práctica ha demostrado que el uso de este método para eliminar la diafonía a veces puede producir resultados inmediatos.

6. Agregue un condensador de desacoplamiento de alta frecuencia al pin de la fuente de alimentación del bloque de circuito integrado

Se agrega un condensador de desacoplamiento de alta frecuencia al pin de la fuente de alimentación de cada bloque de circuito integrado cercano. El aumento del condensador de desacoplamiento de alta frecuencia del pin de la fuente de alimentación puede suprimir eficazmente la interferencia de armónicos de alta frecuencia en el pin de la fuente de alimentación.

7. Aísle el cable de tierra de la señal digital de alta frecuencia y el cable de tierra de la señal analógica

Cuando el cable de tierra analógico, el cable de tierra digital, etc.están conectados al cable de tierra público, utilice perlas magnéticas de estrangulamiento de alta frecuencia para conectar o aislar directamente y seleccionar un lugar adecuado para la interconexión de un solo punto. El potencial de tierra del cable de tierra de la señal digital de alta frecuencia es generalmente inconsistente. A menudo hay una cierta diferencia de voltaje entre los dos directamente. Además, el cable de tierra de la señal digital de alta frecuencia contiene a menudo componentes armónicos muy ricos de la señal de alta frecuencia. Cuando el cable de tierra de la señal digital y el cable de tierra de la señal analógica están conectados directamente, los armónicos de la señal de alta frecuencia interferirán con la señal analógica a través del acoplamiento del cable de tierra. Por lo tanto, en circunstancias normales, el cable de tierra de la señal digital de alta frecuencia y el cable de tierra de la señal analógica deben aislarse, y se puede utilizar un método de interconexión de un solo punto en una posición adecuada, o un método de alta frecuencia. Se puede utilizar una interconexión de perlas magnéticas de estrangulamiento de frecuencia.

8. Evite los bucles formados por el cableado

Todos los tipos de trazas de señales de alta frecuencia no deben formar un bucle tanto como sea posible. Si es inevitable, el área del bucle debe ser lo más pequeña posible.

9. Debe garantizar una buena coincidencia de impedancia de señal

En el proceso de transmisión de la señal, cuando la impedancia no coincide, la señal se reflejará en el canal de transmisión y la reflexión hará que la señal sintetizada se sobrepase, provocando que la señal fluctúe cerca del umbral lógico.

La forma fundamental de eliminar la reflexión es hacer coincidir bien la impedancia de la señal de transmisión. Dado que cuanto mayor es la diferencia entre la impedancia de carga y la impedancia característica de la línea de transmisión, mayor es la reflexión, por lo que la impedancia característica de la línea de transmisión de señal debe igualarse a la impedancia de carga tanto como sea posible. Al mismo tiempo, tenga en cuenta que la línea de transmisión en la PCB no puede tener cambios repentinos o esquinas, e intente mantener continua la impedancia de cada punto de la línea de transmisión, de lo contrario habrá reflejos entre las diversas secciones de la línea de transmisión. Esto requiere que durante el cableado de PCB de alta velocidad, se deben observar las siguientes reglas de cableado:

Reglas de cableado USB. Requiere enrutamiento diferencial de señal USB, el ancho de línea es de 10 mil, el espaciado de línea es de 6 mil y el espaciado de línea de tierra y línea de señal es de 6 mil.

Reglas de cableado HDMI. Se requiere el enrutamiento diferencial de la señal HDMI, el ancho de línea es de 10 mil, el espaciado de línea es de 6 mil y el espacio entre cada dos conjuntos de pares de señales diferenciales HDMI supera los 20 mil.

Reglas de cableado LVDS. Requiere enrutamiento diferencial de señal LVDS, el ancho de línea es de 7 mil, el espaciado de línea es de 6 mil, el propósito es controlar la impedancia de señal diferencial de HDMI a 100 + -15% ohm

Reglas de cableado DDR. Las trazas DDR1 requieren que las señales no pasen por los agujeros tanto como sea posible, las líneas de señal tienen el mismo ancho y las líneas están igualmente espaciadas. Las trazas deben cumplir con el principio de 2 W para reducir la diafonía entre señales. Para dispositivos de alta velocidad de DDR2 y superiores, también se requieren datos de alta frecuencia. Las líneas tienen la misma longitud para garantizar la adaptación de impedancia de la señal.

10. Garantizar la integridad de la transmisión.

Mantenga la integridad de la transmisión de la señal y evite el “fenómeno de rebote del suelo” causado por la división del suelo.