Saat ini, frekuensi tinggi dan PCB berkecepatan tinggi desain telah menjadi arus utama, dan setiap insinyur Tata Letak PCB harus mahir. Selanjutnya, Banermei akan berbagi dengan Anda beberapa pengalaman desain dari para ahli perangkat keras di sirkuit PCB frekuensi tinggi dan kecepatan tinggi, dan saya harap ini akan membantu semua orang.

1. Bagaimana cara menghindari interferensi frekuensi tinggi?

Ide dasar untuk menghindari interferensi frekuensi tinggi adalah meminimalkan interferensi medan elektromagnetik dari sinyal frekuensi tinggi, yang disebut crosstalk (Crosstalk). Anda dapat menambah jarak antara sinyal kecepatan tinggi dan sinyal analog, atau menambahkan ground guard/shunt trace di sebelah sinyal analog. Perhatikan juga gangguan noise dari ground digital ke ground analog.

2. Bagaimana mempertimbangkan pencocokan impedansi saat merancang skema desain PCB berkecepatan tinggi?

Saat merancang sirkuit PCB berkecepatan tinggi, pencocokan impedansi adalah salah satu elemen desain. Nilai impedansi memiliki hubungan mutlak dengan metode pengkabelan, seperti berjalan di atas lapisan permukaan (microstrip) atau lapisan dalam (stripline/double stripline), jarak dari lapisan referensi (lapisan daya atau lapisan tanah), lebar kabel, bahan PCB , dll. Keduanya akan mempengaruhi nilai impedansi karakteristik jejak. Artinya, nilai impedansi hanya dapat ditentukan setelah pengkabelan. Umumnya, perangkat lunak simulasi tidak dapat memperhitungkan beberapa kondisi pengkabelan dengan impedansi terputus-putus karena keterbatasan model rangkaian atau algoritma matematika yang digunakan. Pada saat ini, hanya beberapa terminator (terminasi), seperti resistansi seri, yang dapat dicadangkan pada diagram skematik. Mengurangi efek diskontinuitas dalam impedansi jejak. Solusi nyata untuk masalah ini adalah mencoba menghindari diskontinuitas impedansi saat memasang kabel.

3. Dalam desain PCB berkecepatan tinggi, aspek mana yang harus dipertimbangkan oleh perancang aturan EMC dan EMI?

Secara umum, desain EMI/EMC perlu mempertimbangkan aspek yang terpancar dan yang dilakukan secara bersamaan. Yang pertama milik bagian frekuensi yang lebih tinggi (<30MHz) dan yang terakhir adalah bagian frekuensi yang lebih rendah (<30MHz). Jadi Anda tidak bisa hanya memperhatikan frekuensi tinggi dan mengabaikan bagian frekuensi rendah. Desain EMI/EMC yang baik harus mempertimbangkan lokasi perangkat, susunan tumpukan PCB, metode sambungan penting, pemilihan perangkat, dll. di awal tata letak. Jika tidak ada pengaturan yang lebih baik sebelumnya, itu akan diselesaikan setelahnya. Ini akan melakukan dua kali hasil dengan setengah usaha dan meningkatkan biaya. Misalnya, lokasi generator jam tidak boleh dekat dengan konektor eksternal. Sinyal berkecepatan tinggi harus masuk ke lapisan dalam sebanyak mungkin. Perhatikan pencocokan impedansi karakteristik dan kontinuitas lapisan referensi untuk mengurangi pantulan. Laju perubahan tegangan sinyal yang didorong oleh perangkat harus sekecil mungkin untuk mengurangi ketinggian. Komponen frekuensi, saat memilih kapasitor decoupling/bypass, perhatikan apakah respons frekuensinya memenuhi persyaratan untuk mengurangi kebisingan pada bidang daya. Selain itu, perhatikan jalur balik arus sinyal frekuensi tinggi untuk membuat area loop sekecil mungkin (yaitu, impedansi loop sekecil mungkin) untuk mengurangi radiasi. Tanah juga dapat dibagi untuk mengontrol kisaran kebisingan frekuensi tinggi. Terakhir, pilih ground sasis dengan benar antara PCB dan housing.

4. Bagaimana memilih papan PCB?

Pilihan papan PCB harus mencapai keseimbangan antara memenuhi persyaratan desain dan produksi massal dan biaya. Persyaratan desain mencakup bagian listrik dan mekanik. Biasanya masalah material ini lebih penting ketika merancang papan PCB berkecepatan sangat tinggi (frekuensi lebih besar dari GHz). Misalnya, bahan FR-4 yang umum digunakan, kehilangan dielektrik pada frekuensi beberapa GHz akan memiliki pengaruh besar pada redaman sinyal, dan mungkin tidak sesuai. Sejauh menyangkut listrik, perhatikan apakah konstanta dielektrik dan rugi-rugi dielektrik sesuai untuk frekuensi yang dirancang.

5. Bagaimana memenuhi persyaratan EMC sebanyak mungkin tanpa menyebabkan terlalu banyak tekanan biaya?

Kenaikan biaya papan PCB karena EMC biasanya karena peningkatan jumlah lapisan tanah untuk meningkatkan efek perisai dan penambahan manik ferit, tersedak dan perangkat penekan harmonik frekuensi tinggi lainnya. Selain itu, biasanya diperlukan untuk mencocokkan struktur pelindung pada institusi lain agar seluruh sistem memenuhi persyaratan EMC. Berikut ini hanya beberapa teknik desain papan PCB untuk mengurangi efek radiasi elektromagnetik yang dihasilkan oleh rangkaian.

Cobalah untuk memilih perangkat dengan laju perubahan tegangan sinyal yang lebih lambat untuk mengurangi komponen frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh sinyal.

Perhatikan penempatan komponen frekuensi tinggi, jangan terlalu dekat dengan konektor eksternal.

Perhatikan pencocokan impedansi sinyal kecepatan tinggi, lapisan kabel dan jalur arus baliknya, untuk mengurangi pantulan dan radiasi frekuensi tinggi.

Tempatkan kapasitor decoupling yang memadai dan sesuai pada pin catu daya masing-masing perangkat untuk mengurangi kebisingan pada bidang daya dan bidang tanah. Berikan perhatian khusus apakah respons frekuensi dan karakteristik suhu kapasitor memenuhi persyaratan desain.

Tanah di dekat konektor eksternal dapat dipisahkan dengan benar dari tanah, dan tanah konektor dapat dihubungkan ke tanah sasis di dekatnya.

Jejak pelindung tanah/shunt dapat digunakan dengan tepat di samping beberapa sinyal kecepatan tinggi khusus. Tetapi perhatikan pengaruh jejak pelindung/shunt pada impedansi karakteristik jejak.

Lapisan daya menyusut 20H dari lapisan tanah, dan H adalah jarak antara lapisan daya dan lapisan tanah.

6. Aspek apa yang harus diperhatikan saat merancang, perutean, dan tata letak PCB frekuensi tinggi di atas 2G?

PCB frekuensi tinggi di atas 2G termasuk dalam desain sirkuit frekuensi radio dan tidak termasuk dalam lingkup diskusi desain sirkuit digital berkecepatan tinggi. Tata letak dan perutean rangkaian frekuensi radio harus diperhatikan bersama dengan skema, karena tata letak dan perutean akan menimbulkan efek distribusi. Selain itu, beberapa perangkat pasif dalam desain sirkuit frekuensi radio diwujudkan melalui definisi parameter dan foil tembaga berbentuk khusus. Oleh karena itu, alat EDA diperlukan untuk menyediakan perangkat berparameter dan mengedit foil tembaga berbentuk khusus. Boardstation Mentor memiliki modul desain RF khusus yang dapat memenuhi persyaratan ini. Selain itu, desain RF umum memerlukan alat analisis sirkuit RF khusus. Yang paling terkenal di industri ini adalah agilent’s eesoft, yang memiliki antarmuka yang baik dengan alat Mentor.

7. Apakah penambahan titik uji mempengaruhi kualitas sinyal berkecepatan tinggi?

Apakah itu akan mempengaruhi kualitas sinyal tergantung pada metode penambahan titik uji dan seberapa cepat sinyalnya. Pada dasarnya, titik uji tambahan (tidak menggunakan pin via atau DIP yang ada sebagai titik uji) dapat ditambahkan ke garis atau ditarik garis pendek dari garis. Yang pertama setara dengan menambahkan kapasitor kecil di saluran, yang terakhir adalah cabang tambahan. Kedua kondisi ini akan mempengaruhi sinyal kecepatan tinggi lebih atau kurang, dan sejauh mana efeknya terkait dengan kecepatan frekuensi sinyal dan kecepatan tepi sinyal. Besarnya dampak dapat diketahui melalui simulasi. Pada prinsipnya, semakin kecil titik uji, semakin baik (tentunya harus memenuhi persyaratan alat uji) semakin pendek cabang semakin baik.