ปัจจุบันความถี่สูงและ PCB ความเร็วสูง การออกแบบได้กลายเป็นกระแสหลักและวิศวกร PCB Layout ทุกคนควรมีความเชี่ยวชาญ ต่อไป Banermei จะแบ่งปันประสบการณ์การออกแบบของผู้เชี่ยวชาญด้านฮาร์ดแวร์ในวงจร PCB ความถี่สูงและความเร็วสูง และเราหวังว่าจะเป็นประโยชน์กับทุกคน

1. จะหลีกเลี่ยงการรบกวนความถี่สูงได้อย่างไร?

แนวคิดพื้นฐานในการหลีกเลี่ยงการรบกวนความถี่สูงคือการลดสัญญาณรบกวนสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของสัญญาณความถี่สูงซึ่งเรียกว่าครอสทอล์ค (Crosstalk) คุณสามารถเพิ่มระยะห่างระหว่างสัญญาณความเร็วสูงและสัญญาณแอนะล็อก หรือเพิ่มกราวด์การ์ด/รอยแยกถัดจากสัญญาณแอนะล็อก ให้ความสนใจกับการรบกวนสัญญาณรบกวนจากกราวด์ดิจิตอลไปยังกราวด์แอนะล็อกด้วย

2. จะพิจารณาการจับคู่อิมพีแดนซ์เมื่อออกแบบแผนผังการออกแบบ PCB ความเร็วสูงได้อย่างไร

เมื่อออกแบบวงจร PCB ความเร็วสูง การจับคู่อิมพีแดนซ์เป็นหนึ่งในองค์ประกอบการออกแบบ ค่าอิมพีแดนซ์มีความสัมพันธ์แบบสัมบูรณ์กับวิธีการเดินสาย เช่น เดินบนชั้นผิว (ไมโครสตริป) หรือชั้นใน (สตริปไลน์/สตริปไลน์คู่) ระยะห่างจากชั้นอ้างอิง (ชั้นกำลังหรือชั้นกราวด์) ความกว้างของสายไฟ วัสดุ PCB ฯลฯ ทั้งสองจะส่งผลต่อค่าอิมพีแดนซ์เฉพาะของการติดตาม กล่าวคือ ค่าอิมพีแดนซ์สามารถกำหนดได้หลังจากเดินสายเท่านั้น โดยทั่วไป ซอฟต์แวร์จำลองสถานการณ์ไม่สามารถพิจารณาเงื่อนไขการเดินสายบางอย่างที่มีอิมพีแดนซ์ที่ไม่ต่อเนื่องได้ เนื่องจากข้อจำกัดของแบบจำลองวงจรหรืออัลกอริทึมทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ ในขณะนี้ สามารถจองได้เฉพาะบางเทอร์มิเนเตอร์ (การสิ้นสุด) เช่น ความต้านทานแบบอนุกรมเท่านั้นที่สามารถจองไว้ในแผนผังได้ บรรเทาผลกระทบของความไม่ต่อเนื่องในอิมพีแดนซ์การติดตาม วิธีแก้ปัญหาที่แท้จริงคือพยายามหลีกเลี่ยงความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์เมื่อเดินสาย

3. ในการออกแบบ PCB ความเร็วสูง นักออกแบบควรพิจารณากฎ EMC และ EMI ในด้านใด

โดยทั่วไป การออกแบบ EMI/EMC จำเป็นต้องพิจารณาทั้งด้านที่แผ่รังสีและดำเนินการไปพร้อม ๆ กัน อดีตเป็นของส่วนความถี่สูง (<30MHz) และส่วนหลังเป็นส่วนความถี่ต่ำ (<30MHz) ดังนั้นคุณจึงไม่สามารถใส่ใจกับความถี่สูงและละเว้นส่วนความถี่ต่ำได้ การออกแบบ EMI/EMC ที่ดีต้องคำนึงถึงตำแหน่งของอุปกรณ์ การจัดเรียงสแต็ก PCB วิธีการเชื่อมต่อที่สำคัญ การเลือกอุปกรณ์ ฯลฯ ที่จุดเริ่มต้นของเลย์เอาต์ หากไม่มีการเตรียมการที่ดีกว่าไว้ล่วงหน้า ก็จะได้รับการแก้ไขในภายหลัง จะทำสองเท่าของผลลัพธ์โดยใช้ความพยายามเพียงครึ่งเดียวและเพิ่มต้นทุน ตัวอย่างเช่น ตำแหน่งของตัวสร้างนาฬิกาไม่ควรอยู่ใกล้กับขั้วต่อภายนอก สัญญาณความเร็วสูงควรไปที่ชั้นในให้มากที่สุด ให้ความสนใจกับการจับคู่อิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะและความต่อเนื่องของเลเยอร์อ้างอิงเพื่อลดการสะท้อน อัตราการฆ่าของสัญญาณที่ผลักโดยอุปกรณ์ควรเล็กที่สุดเพื่อลดความสูง ส่วนประกอบความถี่ เมื่อเลือกตัวเก็บประจุแบบแยกส่วน/บายพาส โปรดพิจารณาว่าการตอบสนองความถี่เป็นไปตามข้อกำหนดในการลดเสียงรบกวนบนระนาบกำลังไฟฟ้าหรือไม่ นอกจากนี้ ให้ความสนใจกับเส้นทางกลับของกระแสสัญญาณความถี่สูง เพื่อทำให้พื้นที่ลูปมีขนาดเล็กที่สุด (นั่นคือ อิมพีแดนซ์ลูปให้เล็กที่สุด) เพื่อลดการแผ่รังสี พื้นดินยังสามารถแบ่งออกเพื่อควบคุมช่วงของเสียงความถี่สูง สุดท้าย เลือกกราวด์ของแชสซีให้เหมาะสมระหว่าง PCB และเคส

4. วิธีการเลือกบอร์ด PCB?

การเลือกบอร์ด PCB ต้องมีความสมดุลระหว่างข้อกำหนดด้านการออกแบบและการผลิตจำนวนมากและต้นทุน ข้อกำหนดในการออกแบบรวมถึงชิ้นส่วนไฟฟ้าและเครื่องจักรกล โดยปกติแล้ว ปัญหาด้านวัสดุนี้มีความสำคัญมากกว่าเมื่อออกแบบบอร์ด PCB ที่มีความเร็วสูงมาก (ความถี่ที่มากกว่า GHz) ตัวอย่างเช่น วัสดุ FR-4 ที่ใช้กันทั่วไป การสูญเสียอิเล็กทริกที่ความถี่หลาย GHz จะมีอิทธิพลอย่างมากต่อการลดทอนสัญญาณ และอาจไม่เหมาะสม สำหรับเรื่องไฟฟ้า ให้คำนึงว่าค่าคงที่ไดอิเล็กตริกและการสูญเสียไดอิเล็กตริกนั้นเหมาะสมกับความถี่ที่ออกแบบหรือไม่

5. จะปฏิบัติตามข้อกำหนดของ EMC ได้อย่างไรโดยไม่ทำให้เกิดแรงกดดันด้านต้นทุนมากเกินไป?

ค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้นของบอร์ด PCB เนื่องจาก EMC มักเกิดจากการเพิ่มขึ้นของจำนวนชั้นของกราวด์เพื่อเพิ่มเอฟเฟกต์การป้องกันและการเพิ่มลูกปัดเฟอร์ไรต์ โช้ค และอุปกรณ์ปราบปรามฮาร์มอนิกความถี่สูงอื่นๆ นอกจากนี้ โดยปกติจำเป็นต้องจับคู่โครงสร้างการป้องกันในสถาบันอื่นเพื่อให้ทั้งระบบผ่านข้อกำหนดของ EMC ข้อมูลต่อไปนี้เป็นเพียงเทคนิคการออกแบบบอร์ด PCB บางส่วนเพื่อลดผลกระทบจากการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากวงจร

พยายามเลือกอุปกรณ์ที่มีอัตราการฆ่าสัญญาณที่ช้ากว่าเพื่อลดส่วนประกอบความถี่สูงที่สร้างโดยสัญญาณ

ให้ความสนใจกับตำแหน่งของส่วนประกอบความถี่สูง ไม่ใกล้กับขั้วต่อภายนอกมากเกินไป

ให้ความสนใจกับการจับคู่อิมพีแดนซ์ของสัญญาณความเร็วสูง ชั้นสายไฟ และเส้นทางกระแสย้อนกลับ เพื่อลดการสะท้อนและการแผ่รังสีความถี่สูง

วางตัวเก็บประจุดีคัปปลิ้งที่เพียงพอและเหมาะสมบนพินแหล่งจ่ายไฟของแต่ละอุปกรณ์เพื่อบรรเทาเสียงรบกวนบนระนาบกำลังและระนาบกราวด์ ให้ความสนใจเป็นพิเศษว่าการตอบสนองความถี่และลักษณะอุณหภูมิของตัวเก็บประจุตรงตามข้อกำหนดการออกแบบหรือไม่

กราวด์ใกล้ขั้วต่อภายนอกสามารถแยกออกจากกราวด์ได้อย่างเหมาะสม และสามารถต่อกราวด์ของขั้วต่อกับกราวด์ของแชสซีที่อยู่ใกล้เคียง

รอยกราวด์/รอยแยกสามารถใช้อย่างเหมาะสมข้างสัญญาณความเร็วสูงพิเศษบางตัว แต่ให้ใส่ใจกับอิทธิพลของรอยป้องกัน/ปัดบนอิมพีแดนซ์เฉพาะของรอย

ชั้นพลังงานจะหดตัว 20H จากชั้นพื้นดิน และ H คือระยะห่างระหว่างชั้นพลังงานและชั้นพื้นดิน

6. แง่มุมใดที่ควรให้ความสนใจเมื่อออกแบบ กำหนดเส้นทาง และเลย์เอาต์ของ PCB ความถี่สูงเหนือ 2G

PCB ความถี่สูงที่สูงกว่า 2G เป็นของการออกแบบวงจรความถี่วิทยุและไม่อยู่ในขอบเขตของการอภิปรายเกี่ยวกับการออกแบบวงจรดิจิตอลความเร็วสูง ควรพิจารณาการจัดวางและการกำหนดเส้นทางของวงจรความถี่วิทยุร่วมกับแผนผัง เนื่องจากการจัดวางและการกำหนดเส้นทางจะทำให้เกิดผลกระทบต่อการกระจาย นอกจากนี้ อุปกรณ์แบบพาสซีฟบางตัวในการออกแบบวงจรความถี่วิทยุยังรับรู้ผ่านคำจำกัดความแบบกำหนดพารามิเตอร์และฟอยล์ทองแดงรูปทรงพิเศษ ดังนั้น เครื่องมือ EDA จึงจำเป็นในการจัดหาอุปกรณ์กำหนดพารามิเตอร์และแก้ไขฟอยล์ทองแดงรูปทรงพิเศษ บอร์ดสเตชั่นของ Mentor มีโมดูลการออกแบบ RF พิเศษที่สามารถตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้ นอกจากนี้ การออกแบบ RF ทั่วไปยังต้องการเครื่องมือวิเคราะห์วงจร RF เฉพาะทาง ที่มีชื่อเสียงที่สุดในอุตสาหกรรมคือ eesoft ของ Agilent ซึ่งมีอินเทอร์เฟซที่ดีกับเครื่องมือของ Mentor

7. การเพิ่มจุดทดสอบจะส่งผลต่อคุณภาพของสัญญาณความเร็วสูงหรือไม่?

จะส่งผลต่อคุณภาพสัญญาณหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับวิธีการเพิ่มจุดทดสอบและความรวดเร็วของสัญญาณ โดยพื้นฐานแล้ว จุดทดสอบเพิ่มเติม (อย่าใช้หมุดผ่านหรือ DIP ที่มีอยู่เป็นจุดทดสอบ) อาจถูกเพิ่มลงในเส้นหรือดึงเส้นสั้น ๆ ออกจากเส้น อดีตนั้นเทียบเท่ากับการเพิ่มตัวเก็บประจุขนาดเล็กในสายส่วนหลังเป็นสาขาพิเศษ เงื่อนไขทั้งสองนี้จะส่งผลต่อสัญญาณความเร็วสูงไม่มากก็น้อย และขอบเขตของผลกระทบนั้นสัมพันธ์กับความเร็วความถี่ของสัญญาณและอัตราขอบของสัญญาณ ขนาดของผลกระทบสามารถทราบได้จากการจำลอง โดยหลักการแล้ว ยิ่งจุดทดสอบเล็กเท่าไหร่ ยิ่งดี (แน่นอนว่าต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของเครื่องมือทดสอบ) ยิ่งกิ่งสั้นยิ่งดี