현재 고주파와 고속 PCB 디자인이 주류가 되었으며 모든 PCB 레이아웃 엔지니어는 능숙해야 합니다. 다음으로 Banermei는 고주파 및 고속 PCB 회로에 대한 하드웨어 전문가의 설계 경험을 여러분과 공유할 예정이며, 모든 분들께 도움이 되었으면 합니다.

1. 고주파 간섭을 피하는 방법은 무엇입니까?

고주파 간섭을 피하는 기본 개념은 소위 크로스토크(Crosstalk)라고 하는 고주파 신호의 전자기장 간섭을 최소화하는 것입니다. 고속 신호와 아날로그 신호 사이의 거리를 늘리거나 아날로그 신호 옆에 접지 보호/분로 트레이스를 추가할 수 있습니다. 또한 디지털 접지에서 아날로그 접지로의 노이즈 간섭에 주의하십시오.

2. 고속 PCB 설계 회로도를 설계할 때 임피던스 정합을 어떻게 고려합니까?

고속 PCB 회로를 설계할 때 임피던스 매칭은 설계 요소 중 하나입니다. 임피던스 값은 표면층(마이크로스트립) 또는 내부층(스트립라인/이중 스트립라인) 위를 걷는 것과 같은 배선 방식과 절대적인 관계가 있으며, 기준층(전원층 또는 접지층)과의 거리, 배선 폭, PCB 재질 등. 둘 다 트레이스의 특성 임피던스 값에 영향을 미칩니다. 즉, 임피던스 값은 배선 후에만 결정할 수 있습니다. 일반적으로 시뮬레이션 소프트웨어는 사용된 회로 모델 또는 수학적 알고리즘의 제한으로 인해 불연속 임피던스가 있는 일부 배선 조건을 고려할 수 없습니다. 이때 직렬 저항과 같은 일부 터미네이터(종단)만 회로도에 예약할 수 있습니다. 트레이스 임피던스에서 불연속성의 영향을 완화합니다. 문제에 대한 실제 해결책은 배선 시 임피던스 불연속성을 피하는 것입니다.

3. 고속 PCB 설계에서 설계자가 EMC 및 EMI 규칙을 고려해야 하는 측면은 무엇입니까?

일반적으로 EMI/EMC 설계는 방사 및 전도 측면을 동시에 고려해야 합니다. 전자는 더 높은 주파수 부분(<30MHz)에 속하고 후자는 더 낮은 주파수 부분(<30MHz)에 속합니다. 따라서 고주파수에만 주의를 기울이고 저주파수 부분을 무시할 수는 없습니다. 좋은 EMI/EMC 설계는 레이아웃 시작 시 장치의 위치, PCB 스택 배열, 중요한 연결 방법, 장치 선택 등을 고려해야 합니다. 사전에 더 나은 조정이 없으면 나중에 해결됩니다. 절반의 노력으로 두 배의 결과를 얻고 비용을 증가시킵니다. 예를 들어, 클럭 생성기의 위치는 외부 커넥터에 가깝지 않아야 합니다. 고속 신호는 가능한 한 내부 레이어로 이동해야 합니다. 반사를 줄이기 위해 특성 임피던스 매칭과 참조 레이어의 연속성에 주의하십시오. 장치에 의해 푸시되는 신호의 슬루율은 높이를 줄이기 위해 가능한 한 작아야 합니다. 주파수 구성 요소는 디커플링/바이패스 커패시터를 선택할 때 해당 주파수 응답이 전원 플레인의 노이즈를 줄이기 위한 요구 사항을 충족하는지 여부에 주의하십시오. 또한 고주파 신호 전류의 리턴 경로에 주의하여 루프 영역을 가능한 작게(즉, 루프 임피던스를 가능한 작게)하여 방사를 줄이십시오. 접지는 또한 고주파 노이즈의 범위를 제어하기 위해 분할될 수 있습니다. 마지막으로 PCB와 하우징 사이의 섀시 접지를 적절하게 선택합니다.

4. PCB 보드를 선택하는 방법은 무엇입니까?

PCB 보드의 선택은 설계 요구 사항을 충족하고 대량 생산 및 비용 사이에서 균형을 유지해야 합니다. 설계 요구 사항에는 전기 및 기계 부품이 모두 포함됩니다. 일반적으로 이 물질적 문제는 초고속 PCB 보드(GHz보다 큰 주파수)를 설계할 때 더 중요합니다. 예를 들어, 일반적으로 사용되는 FR-4 재료는 수 GHz의 주파수에서 유전 손실이 신호 감쇠에 큰 영향을 미치므로 적합하지 않을 수 있습니다. 전기에 관해서는 유전율과 유전 손실이 설계된 주파수에 적합한지 여부에 주의하십시오.

5. 비용 압박을 가하지 않고 EMC 요구 사항을 최대한 충족하는 방법은 무엇입니까?

EMC로 인한 PCB 기판의 비용 증가는 일반적으로 차폐 효과를 향상시키기 위한 접지층 수의 증가와 페라이트 비드, 초크 및 기타 고주파 고조파 억제 장치의 추가로 인한 것입니다. 또한 전체 시스템이 EMC 요구 사항을 통과하도록 일반적으로 다른 기관의 차폐 구조와 일치시켜야 합니다. 다음은 회로에서 생성되는 전자기 복사 효과를 줄이기 위한 몇 가지 PCB 기판 설계 기술만을 제공합니다.

신호에 의해 생성되는 고주파수 성분을 줄이려면 신호 슬루율이 느린 장치를 선택하십시오.

외부 커넥터에 너무 가깝지 않은 고주파 부품의 배치에 주의하십시오.

고주파 반사 및 복사를 줄이기 위해 고속 신호의 임피던스 매칭, 배선층 및 귀환 전류 경로에 주의하십시오.

각 장치의 전원 공급 장치 핀에 충분하고 적절한 디커플링 커패시터를 배치하여 전원 플레인과 접지 플레인의 노이즈를 완화합니다. 커패시터의 주파수 응답 및 온도 특성이 설계 요구 사항을 충족하는지 여부에 특히 주의하십시오.

외부 커넥터 근처의 접지는 접지와 적절하게 분리될 수 있으며 커넥터의 접지는 근처의 섀시 접지에 연결될 수 있습니다.

접지 가드/분로 트레이스는 일부 특수 고속 신호 옆에 적절하게 사용할 수 있습니다. 그러나 트레이스의 특성 임피던스에 대한 보호/분로 트레이스의 영향에 주의하십시오.

파워 레이어는 그라운드 레이어에서 20H 축소되며 H는 파워 레이어와 그라운드 레이어 사이의 거리입니다.

6. 2G 이상의 고주파 PCB를 설계, 라우팅 및 레이아웃할 때 어떤 측면에 주의해야 합니까?

2G 이상의 고주파 PCB는 무선 주파수 회로 설계에 속하며 고속 디지털 회로 설계 논의 범위에 속하지 않습니다. 무선 주파수 회로의 레이아웃과 라우팅은 회로도와 함께 고려되어야 합니다. 레이아웃과 라우팅이 분배 효과를 일으키기 때문입니다. 또한 무선 주파수 회로 설계의 일부 수동 장치는 매개 변수 정의 및 특수 모양의 구리 포일을 통해 구현됩니다. 따라서 EDA 도구는 매개변수화된 장치를 제공하고 특수한 모양의 동박을 편집하는 데 필요합니다. 멘토의 보드스테이션에는 이러한 요구 사항을 충족할 수 있는 특수 RF 설계 모듈이 있습니다. 또한, 일반적인 RF 설계에는 특화된 RF 회로 분석 도구가 필요합니다. 업계에서 가장 유명한 것은 Mentor의 도구와 좋은 인터페이스를 가진 애질런트의 eesoft입니다.

7. 테스트 포인트를 추가하면 고속 신호 품질에 영향을 줍니까?

신호 품질에 영향을 미치는지 여부는 테스트 포인트를 추가하는 방법과 신호 속도에 따라 다릅니다. 기본적으로 추가 테스트 포인트(기존 via 또는 DIP 핀을 테스트 포인트로 사용하지 않음)를 라인에 추가하거나 라인에서 짧은 라인을 끌어올 수 있습니다. 전자는 라인에 작은 커패시터를 추가하는 것과 같고 후자는 추가 분기입니다. 이 두 조건 모두 고속 신호에 다소 영향을 미치며 영향의 정도는 신호의 주파수 속도 및 신호의 에지 속도와 관련이 있습니다. 영향의 크기는 시뮬레이션을 통해 알 수 있습니다. 원칙적으로 테스트 포인트는 작을수록 좋습니다(물론 테스트 도구의 요구 사항을 충족해야 함). 분기는 짧을수록 좋습니다.