מהן הכישורים של עיצוב PCB במעגלים בתדר גבוה?

העיצוב של PCB בתדר גבוה הוא תהליך מסובך, וגורמים רבים עשויים להשפיע ישירות על ביצועי העבודה של המעגל בתדר גבוה. עיצוב מעגלים בתדר גבוה וחיווט חשובים מאוד לתכנון כולו. עשרת העצות הבאות לתכנון PCB של מעגלים בתדר גבוה מומלצים במיוחד:

ipcb

1. חיווט לוח רב שכבתי

מעגלים בתדר גבוה נוטים להיות בעלי אינטגרציה גבוהה וצפיפות חיווט גבוהה. השימוש בלוחות רב-שכבתיים הוא לא רק הכרחי לחיווט, אלא גם אמצעי יעיל להפחתת הפרעות. בשלב פריסת ה-PCB, בחירה סבירה של גודל הלוח המודפס עם מספר מסוים של שכבות יכולה לעשות שימוש מלא בשכבת הביניים כדי להקים את המגן, לממש טוב יותר את ההארקה הקרובה ביותר, ולהפחית ביעילות את השראות הטפילית ולקצר את האות כל השיטות הללו מועילות לאמינות של מעגלים בתדר גבוה, כגון הפחתת משרעת של הפרעות צולבות האות. חלק מהנתונים מראים שכאשר נעשה שימוש באותו חומר, הרעש של הלוח בעל ארבע השכבות נמוך ב-20dB מזה של הלוח הדו-צדדי. עם זאת, יש גם בעיה. ככל שמספר חצי שכבות ה-PCB גבוה יותר, תהליך הייצור מורכב יותר ועלות היחידה גבוהה יותר. זה מחייב אותנו לבחור לוחות PCB עם מספר שכבות מתאים בעת ביצוע פריסת PCB. תכנון פריסת רכיבים סביר, והשתמש בכללי חיווט נכונים להשלמת העיצוב.

2. ככל שהעופרת מתכופפת פחות בין הפינים של מכשירים אלקטרוניים במהירות גבוהה, כך ייטב

חוט ההובלה של חיווט מעגלים בתדר גבוה הוא הטוב ביותר לאמץ קו ישר מלא, אותו צריך להפוך. זה יכול להיות מסובב על ידי קו שבור של 45 מעלות או קשת מעגלית. דרישה זו משמשת רק לשיפור חוזק הקיבוע של רדיד הנחושת במעגלים בתדר נמוך, בעוד שבמעגלים בתדר גבוה, דרישה זו מתקיימת. דרישה אחת יכולה להפחית את הפליטה החיצונית ואת הצימוד ההדדי של אותות בתדר גבוה.

3. ככל שההובלה בין הפינים של מכשיר המעגל בתדר גבוה קצר יותר, כך ייטב

עוצמת הקרינה של האות פרופורציונלית לאורך העקבות של קו האות. ככל שהמוביל האות בתדר גבוה ארוך יותר, כך קל יותר להתחבר לרכיבים הקרובים אליו. לכן, עבור שעון האותות, מתנד הקריסטל, נתוני DDR, קווי LVDS, קווי USB, קווי HDMI וקווי אות אחרים בתדר גבוה נדרשים להיות קצרים ככל האפשר.

4. ככל ששכבת העופרת מתחלפת פחות בין הפינים של מכשיר המעגל בתדר גבוה, כך ייטב

מה שנקרא “ככל שההילוכים הבין-שכבתיים פחותים, כך טוב יותר” פירושו שככל שמשתמשים בפחות דרך (Via) בתהליך חיבור הרכיבים, כך ייטב. לפי הצד, דרך אחת יכולה להביא לקיבול מבוזר של 0.5pF, והפחתת מספר ה-vias יכולה להגביר משמעותית את המהירות ולהפחית את האפשרות לשגיאות נתונים.

5. שימו לב ל”הצלבה” שמציג קו האות בניתוב מקביל קרוב

חיווט מעגלים בתדר גבוה צריך לשים לב ל”הצלבה” המוצגת על ידי ניתוב מקביל קרוב של קווי אות. Crosstalk מתייחס לתופעת הצימוד בין קווי אות שאינם מחוברים ישירות. מכיוון שאותות בתדר גבוה משודרים בצורה של גלים אלקטרומגנטיים לאורך קו השידור, קו האות ישמש כאנטנה, ואנרגיית השדה האלקטרומגנטי תיפלט מסביב לקו השידור. אותות רעש לא רצויים נוצרים עקב צימוד הדדי של שדות אלקטרומגנטיים בין האותות. נקרא קרוסטלק (Crosstalk). לפרמטרים של שכבת ה-PCB, המרווח בין קווי האות, המאפיינים החשמליים של הקצה המניע והקצה המקבל, ושיטת סיום קו האות, כולם משפיעים על ההצלבה. לכן, על מנת להפחית את דיבור ההצלבה של אותות בתדר גבוה, נדרש לבצע את הפעולות הבאות ככל האפשר בעת חיווט:

אם מרווח החיווט מאפשר זאת, הכנסת חוט הארקה או מישור הארקה בין שני החוטים עם הצלבה רצינית יותר יכולה לשחק תפקיד בבידוד ולהפחית את ההצלבה. כאשר ישנו שדה אלקטרומגנטי משתנה בזמן בחלל המקיף את קו האות, אם לא ניתן להימנע מהפצה מקבילה, ניתן לסדר שטח גדול של “קרקע” בצד הנגדי של קו האות המקביל כדי להפחית מאוד את ההפרעות.

בהנחה שמרחב החיווט מאפשר, הגדל את המרווח בין קווי האות הסמוכים, צמצם את האורך המקביל של קווי האות, ונסו להפוך את קו השעון למאונך לקו האות המפתח במקום מקביל. אם כמעט בלתי נמנע חיווט מקביל באותה שכבה, בשתי שכבות סמוכות, כיווני החיווט חייבים להיות מאונכים זה לזה.

במעגלים דיגיטליים, אותות השעון הרגילים הם אותות עם שינויי קצה מהירים, שיש להם דיבור חיצוני גבוה. לכן, בתכנון, קו השעון צריך להיות מוקף בקו הארקה ולחורר חורים נוספים בקו הארקה כדי להפחית את הקיבול המבוזר, ובכך להפחית את השיח ההצלבה. עבור שעוני אות בתדר גבוה, נסו להשתמש באותות שעון דיפרנציאליים במתח נמוך ולעטוף את מצב האדמה, ושימו לב לשלמות של ניקוב הארקה של החבילה.

אין להשעות את מסוף הקלט שאינו בשימוש, אלא להיות מוארק או מחובר לאספקת החשמל (ספק הכוח מוארק גם בלולאת האותות בתדר גבוה), מכיוון שהקו התלוי עשוי להיות שווה ערך לאנטנה המשדרת, וההארקה יכולה לעכב הפליטה. התרגול הוכיח ששימוש בשיטה זו לביטול דיבור צולב יכול לפעמים להניב תוצאות מיידיות.

6. הוסף קבל ניתוק בתדר גבוה לפין אספקת החשמל של בלוק המעגל המשולב

קבל ניתוק בתדר גבוה מתווסף לפין אספקת החשמל של כל בלוק מעגל משולב בקרבת מקום. הגדלת קבל הניתוק בתדר גבוה של פין ספק הכוח יכולה לדכא ביעילות את ההפרעות של הרמוניות בתדר גבוה על פין ספק הכוח.

7. יש לבודד את חוט ההארקה של אות דיגיטלי בתדר גבוה וחוט הארקה של אות אנלוגי

כאשר חוט ההארקה האנלוגי, חוט ההארקה הדיגיטלי וכו’ מחוברים לחוט ההארקה הציבורי, השתמש בחרוזים מגנטיים של משנק בתדר גבוה כדי לחבר או לבודד ישירות ולבחור מקום מתאים לחיבור חד-נקודתי. פוטנציאל ההארקה של חוט ההארקה של האות הדיגיטלי בתדר גבוה אינו עקבי בדרך כלל. לעתים קרובות יש הבדל מתח מסוים בין השניים ישירות. יתר על כן, חוט ההארקה של האות הדיגיטלי בתדר גבוה מכיל לרוב רכיבים הרמוניים עשירים מאוד של האות בתדר גבוה. כאשר חוט הארקה של האות הדיגיטלי וחוט ההארקה של האות האנלוגי מחוברים ישירות, ההרמוניות של האות בתדר גבוה יפריעו לאות האנלוגי דרך צימוד חוט ההארקה. לכן, בנסיבות רגילות, יש לבודד את חוט ההארקה של האות הדיגיטלי בתדר גבוה ואת חוט ההארקה של האות האנלוגי, וניתן להשתמש בשיטת חיבור נקודתית אחת במיקום מתאים, או בשיטה של ​​חיבור גבוה. ניתן להשתמש בחיבור חרוז מגנטי של משנק תדר.

8. הימנע מלולאות שנוצרו על ידי חיווט

כל מיני עקבות אות בתדר גבוה לא צריכים ליצור לולאה ככל האפשר. אם זה בלתי נמנע, שטח הלולאה צריך להיות קטן ככל האפשר.

9. חייב להבטיח התאמה טובה של עכבת האות

בתהליך העברת האות, כאשר העכבה אינה תואמת, האות ישתקף בערוץ השידור, וההשתקפות תגרום לאות המסונתז ליצור חריגה, מה שיגרום לאות להתנוד בסמוך לסף הלוגי.

הדרך הבסיסית לביטול השתקפות היא להתאים היטב את העכבה של אות השידור. מכיוון שככל שההבדל בין עכבת העומס לעכבה האופיינית של קו ההולכה גדול יותר, כך ההשתקפות גדולה יותר, לכן יש להפוך את העכבה האופיינית של קו השידור האותות לשווה ככל האפשר לעכבת העומס. יחד עם זאת, שימו לב שקו ההולכה ב-PCB לא יכול להיות שינויים פתאומיים או פינות, ולנסות לשמור על עכבה של כל נקודה בקו ההולכה רציפה, אחרת יהיו השתקפויות בין הקטעים השונים של קו ההולכה. זה מחייב שבמהלך חיווט PCB מהיר, יש להקפיד על כללי החיווט הבאים:

כללי חיווט USB. מצריך ניתוב דיפרנציאלי של אותות USB, רוחב השורות הוא 10 מיליליטר, מרווח השורות הוא 6 מיליליטר, ומרווח קווי הקרקע וקווי האות הוא 6 מילין.

כללי חיווט HDMI. נדרש ניתוב דיפרנציאלי של אותות HDMI, רוחב השורות הוא 10 מיליליטר, מרווח השורות הוא 6 מילין, והמרווח בין כל שתי קבוצות של צמדי אותות דיפרנציאליים HDMI עולה על 20 מיליליטר.

כללי חיווט LVDS. דורש ניתוב דיפרנציאלי אות LVDS, רוחב השורות הוא 7mil, מרווח השורות הוא 6mil, המטרה היא לשלוט על עכבת האות ההפרש של HDMI ל-100+-15% אוהם

כללי חיווט DDR. עקבות DDR1 מחייבות אותות לא לעבור דרך חורים ככל האפשר, קווי האות הם ברוחב שווה, והקווים מרווחים באופן שווה. העקבות חייבות לעמוד בעקרון 2W כדי להפחית דיבור צולב בין אותות. עבור התקנים מהירים של DDR2 ומעלה, נדרשים גם נתונים בתדר גבוה. הקווים שווים באורכם כדי להבטיח את התאמת העכבה של האות.

10. להבטיח את תקינות השידור

שמור על שלמות העברת האותות ומונע את “תופעת הקפצת הקרקע” הנגרמת מפיצול הקרקע.