В дизайне Печатной платы, при быстром увеличении частоты будет много помех, которые отличаются от низкочастотной печатной платы. Более того, с увеличением частоты и противоречием между миниатюризацией и дешевизной печатной платы эти помехи будут становиться все более и более сложными.

В ходе фактического исследования мы можем сделать вывод, что существует четыре основных аспекта помех, включая шум источника питания, помехи в линиях передачи, связь и электромагнитные помехи (EMI). На основе анализа различных интерференционных проблем высокочастотной печатной платы и объединения с практикой в ​​работе предлагаются эффективные решения.

Во-первых, шум источника питания

В высокочастотной цепи шум источника питания оказывает очевидное влияние на высокочастотный сигнал. Therefore, the first requirement of the power supply is low noise. Чистые полы так же важны, как и чистое электричество. Почему? Характеристики мощности показаны на рисунке 1. Очевидно, что источник питания имеет определенный импеданс, и он распределен по всему источнику питания, поэтому шум будет добавлен к источнику питания.

Then we should minimize the impedance of the power supply, so it is best to have a dedicated power supply layer and grounding layer. При проектировании высокочастотных схем гораздо лучше спроектировать источник питания в виде слоя, чем в большинстве случаев, в виде шины, чтобы контур всегда мог следовать по пути с минимальным импедансом.

Кроме того, плата питания должна обеспечивать сигнальный контур для всех генерируемых и принимаемых сигналов на печатной плате. Это минимизирует контур сигнала и, таким образом, снижает шум, который часто упускается из виду разработчиками низкочастотных схем.

В высокочастотной конструкции печатной платы возникают интерференционные решения.

Рисунок 1: Характеристики мощности

Есть несколько способов устранить шум питания в конструкции печатной платы:

1. Note the through hole on the board: the through hole requires etched openings on the power supply layer to leave space for the through hole to pass through. Если отверстие в слое источника питания слишком велико, это обязательно повлияет на сигнальный контур, сигнал будет принудительно пропущен, площадь контура увеличивается, а шум увеличивается. At the same time, if several signal lines are clustered near the opening and share the same loop, the common impedance will cause crosstalk. См. Рисунок 2.

В высокочастотной конструкции печатной платы возникают интерференционные решения.

Рисунок 2: Общий путь обходного сигнального контура

2. The connection line needs enough ground: each signal needs to have its own proprietary signal loop, and the loop area of the signal and loop is as small as possible, that is to say, the signal and loop should be parallel.

3. Разделение аналогового и цифрового источника питания: высокочастотные устройства, как правило, очень чувствительны к цифровому шуму, поэтому их следует разделить, соединить вместе на входе источника питания, если сигнал проходит через аналоговую и цифровую части источника питания. слова, могут быть помещены в сигнал через петлю, чтобы уменьшить площадь петли. Цифро-аналоговый диапазон, используемый для сигнального контура, показан на рисунке 3.

В высокочастотной конструкции печатной платы возникают интерференционные решения.

Figure 3: Digital – analog span for signal loop

4. Avoid overlapping of separate power supplies between layers: otherwise circuit noise can easily pass through parasitic capacitive coupling.

5. Isolate sensitive components: such as PLL.

6. Place the power cable: To reduce the signal loop, place the power cable on the edge of the signal line to reduce the noise, as shown in Figure 4.

В высокочастотной конструкции печатной платы возникают интерференционные решения.

Рисунок 4. Поместите шнур питания рядом с сигнальной линией.

Two, transmission line

На плате есть только две возможные линии передачи:

Самая большая проблема ленточных и микроволновых линий – это отражение. Отражение вызовет множество проблем. Например, сигнал нагрузки будет наложением исходного сигнала и эхо-сигнала, что повысит сложность анализа сигнала. Отражение вызывает возвратные потери (возвратные потери), которые влияют на сигнал так же сильно, как и аддитивные шумовые помехи:

1. Сигнал, отраженный обратно к источнику сигнала, увеличивает шум системы, затрудняя приемнику отличия шума от сигнала;

2. Any reflected signal will basically degrade the signal quality and change the shape of the input signal. Generally speaking, the solution is mainly impedance matching (for example, the impedance of the interconnection should very match the impedance of the system), but sometimes the calculation of impedance is more troublesome, you can refer to some transmission line impedance calculation software. The methods of eliminating transmission line interference in PCB design are as follows:

(а) Избегайте разрывов сопротивления линий передачи. Точка прерывистого импеданса – это точка мутации линии передачи, такой как прямой угол, сквозное отверстие и т. Д., Следует избегать насколько это возможно. Методы: Чтобы избежать прямых углов линии, по возможности идти под углом 45 ° или по дуге, также может быть большой угол; Используйте как можно меньше сквозных отверстий, поскольку каждое сквозное отверстие представляет собой разрыв импеданса, как показано на фиг. 5; Signals from the outer layer avoid passing through the inner layer and vice versa.

В высокочастотной конструкции печатной платы возникают интерференционные решения.

Figure 5: Method for eliminating transmission line interference

(b) Do not use stake lines. Потому что любая линия свай – это источник шума. Если линия сваи короткая, ее можно подключить в конце линии передачи; Если линия сваи длинная, она возьмет основную линию передачи в качестве источника и произведет сильное отражение, что усложнит проблему. Рекомендуется не использовать.

В-третьих, сцепление

1. Common impedance coupling: it is a common coupling channel, that is, the interference source and the interfered device often share some conductors (such as loop power supply, bus, and common grounding), as shown in Figure 6.

В высокочастотной конструкции печатной платы возникают интерференционные решения.

Рисунок 6: Связь по общему сопротивлению

In this channel, the drop back of the Ic causes a common-mode voltage in the series current loop, affecting the receiver.

2. The field common-mode coupling will cause the radiation source to cause common-mode voltages in the loop formed by the interfered circuit and on the common reference surface.

If the magnetic field is dominant, the value of the common-mode voltage generated in the series ground circuit is Vcm=-(△B/△t)* area (where △B= change in magnetic induction intensity). If it is an electromagnetic field, when its electric field value is known, its induced voltage: Vcm=(L* H *F*E)/48, the formula is suitable for L(m)=150MHz, beyond this limit, the calculation of the maximum induced voltage can be simplified as: Vcm=2* H *E.

3. Differential mode field coupling: refers to the direct radiation by wire pair or circuit board on the lead and its loop induction received. If you get as close to the two wires as possible. Эта связь значительно снижена, поэтому два провода можно скрутить вместе, чтобы уменьшить помехи.

4. Inter-line coupling (crosstalk) can cause unwanted coupling between any line or parallel circuit, which will greatly damage the performance of the system. Its type can be divided into capacitive crosstalk and perceptual crosstalk.

The former is because the parasitic capacitance between the lines makes the noise on the noise source coupled to the noise receiving line through current injection. The latter can be thought of as the coupling of signals between the primary stages of an unwanted parasitic transformer. Размер индуктивных перекрестных помех зависит от близости двух петель, размера области петли и импеданса затронутой нагрузки.

5. Соединение силового кабеля: силовые кабели переменного или постоянного тока подвержены влиянию электромагнитных помех.

Перенос на другие устройства.

There are several ways to eliminate crosstalk in PCB design:

1. Оба типа перекрестных помех увеличиваются с увеличением импеданса нагрузки, поэтому сигнальные линии, чувствительные к помехам, вызванным перекрестными помехами, должны быть правильно терминированы.

2. Увеличьте расстояние между сигнальными линиями, чтобы эффективно уменьшить емкостные перекрестные помехи. Управление заземлением, расстояние между проводкой (например, активные сигнальные линии и линии заземления для изоляции, особенно в состоянии перехода между сигнальной линией и землей на интервал) и уменьшение индуктивности выводов.

3. Capacitive crosstalk can also be effectively reduced by inserting a ground wire between adjacent signal lines, which must be connected to the formation every quarter of a wavelength.

4. Для ощутимых перекрестных помех площадь петли должна быть минимизирована, а если допускается, петля должна быть устранена.

5. Avoid signal sharing loops.

6. Обратите внимание на целостность сигнала: разработчик должен реализовать концы в процессе сварки, чтобы решить проблему целостности сигнала. Разработчики, использующие этот подход, могут сосредоточиться на длине микрополоски экранирующей медной фольги, чтобы получить хорошие характеристики целостности сигнала. For systems with dense connectors in the communication structure, the designer can use a PCB as the terminal.

Four, electromagnetic interference

As the speed increases, EMI becomes more and more serious and presents in many aspects (such as electromagnetic interference at interconnects). High-speed devices are particularly sensitive to this and will receive high-speed spurious signals, while low-speed devices will ignore such spurious signals.

Устранить электромагнитные помехи в конструкции печатной платы можно несколькими способами:

1. Уменьшение петель: каждая петля эквивалентна антенне, поэтому нам нужно минимизировать количество петель, площадь петель и антенный эффект петель. Make sure the signal has only one loop path at any two points, avoid artificial loops and use the power layer whenever possible.

2. Filtering: Filtering can be used to reduce EMI on both the power line and the signal line. There are three methods: decoupling capacitor, EMI filter and magnetic element. EMI filter is shown in Figure 7.

В высокочастотной конструкции печатной платы возникают интерференционные решения.

Рисунок 7: Типы фильтров

3. The shielding. В результате длины вопроса плюс большого количества закрывающих обсуждение статей, больше не конкретного введения.

4. Reduce the speed of high-frequency devices.

5. Увеличьте диэлектрическую постоянную печатной платы, что может предотвратить излучение наружу высокочастотных частей, таких как линия передачи рядом с платой; Increase the thickness of PCB board, minimize the thickness of microstrip line, can prevent electromagnetic line spillover, can also prevent radiation.

At this point, we can conclude that in hf PCB design, we should follow the following principles:

1. Unification and stability of power supply and ground.

2. Carefully considered wiring and proper terminations can eliminate reflections.

3. Тщательно продуманная проводка и правильные подключения могут уменьшить емкостные и индуктивные перекрестные помехи.

4. Для соответствия требованиям ЭМС требуется шумоподавление.