การออกแบบของ PCB ความถี่สูง เป็นกระบวนการที่ซับซ้อน และมีหลายปัจจัยที่อาจส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการทำงานของวงจรความถี่สูง การออกแบบวงจรความถี่สูงและการเดินสายมีความสำคัญมากต่อการออกแบบทั้งหมด ขอแนะนำสิบเคล็ดลับต่อไปนี้สำหรับการออกแบบ PCB วงจรความถี่สูงโดยเฉพาะ:

1. การเดินสายบอร์ดหลายชั้น

วงจรความถี่สูงมักจะมีการรวมและความหนาแน่นของสายไฟสูง การใช้แผงหลายชั้นไม่เพียงแต่จำเป็นสำหรับการเดินสายเท่านั้น แต่ยังเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการลดการรบกวนด้วย ในขั้นตอนเค้าโครง PCB การเลือกขนาดบอร์ดที่พิมพ์อย่างเหมาะสมด้วยจำนวนชั้นที่แน่นอนสามารถใช้ชั้นกลางอย่างเต็มที่เพื่อตั้งค่าโล่ ตระหนักถึงการลงกราวด์ที่ใกล้ที่สุด และลดตัวเหนี่ยวนำกาฝาก และทำให้สัญญาณสั้นลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ความยาวของการส่งในขณะที่ยังคงขนาดใหญ่ วิธีการทั้งหมดนี้เป็นประโยชน์ต่อความน่าเชื่อถือของวงจรความถี่สูง เช่น การลดแอมพลิจูดของการรบกวนสัญญาณ ข้อมูลบางส่วนแสดงให้เห็นว่าเมื่อใช้วัสดุชนิดเดียวกัน เสียงของบอร์ดสี่ชั้นจะต่ำกว่าเสียงบอร์ดสองด้าน 20 เดซิเบล อย่างไรก็ตาม ยังมีปัญหาอยู่ ยิ่งจำนวนแผ่น PCB ครึ่งชั้นสูง กระบวนการผลิตก็ยิ่งซับซ้อน และต้นทุนต่อหน่วยยิ่งสูงขึ้น สิ่งนี้ต้องการให้เราเลือกบอร์ด PCB ที่มีจำนวนเลเยอร์ที่เหมาะสมเมื่อทำโครงร่าง PCB การวางแผนเค้าโครงส่วนประกอบที่เหมาะสม และใช้กฎการเดินสายที่ถูกต้องเพื่อเสร็จสิ้นการออกแบบ

2. ยิ่งตะกั่วโค้งงอระหว่างหมุดของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความเร็วสูงน้อยเท่าไหร่ก็ยิ่งดี

ควรใช้ลวดตะกั่วของการเดินสายวงจรความถี่สูงเป็นเส้นตรงแบบเต็มซึ่งจำเป็นต้องหมุน สามารถหมุนด้วยเส้นหัก 45 องศาหรือส่วนโค้งวงกลม ข้อกำหนดนี้ใช้เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงในการตรึงของฟอยล์ทองแดงในวงจรความถี่ต่ำเท่านั้น ในขณะที่วงจรความถี่สูง จะเป็นไปตามข้อกำหนดนี้ ข้อกำหนดหนึ่งข้อสามารถลดการปล่อยภายนอกและการมีเพศสัมพันธ์ของสัญญาณความถี่สูง

3. ยิ่งตะกั่วระหว่างพินของอุปกรณ์วงจรความถี่สูงยิ่งสั้นยิ่งดี

ความเข้มของการแผ่รังสีของสัญญาณเป็นสัดส่วนกับความยาวของเส้นสัญญาณ ยิ่งสายสัญญาณความถี่สูงยาวขึ้นเท่าไร ก็ยิ่งง่ายต่อการจับคู่กับส่วนประกอบที่อยู่ใกล้เคียง ดังนั้นสำหรับนาฬิกาสัญญาณ, ออสซิลเลเตอร์คริสตัล, ข้อมูล DDR, สาย LVDS, สาย USB, สาย HDMI และสายสัญญาณความถี่สูงอื่นๆ จะต้องสั้นที่สุด

4. ยิ่งชั้นตะกั่วน้อยสลับกันระหว่างหมุดของอุปกรณ์วงจรความถี่สูงยิ่งดี

สิ่งที่เรียกว่า “การสลับระหว่างชั้นของลีดน้อยยิ่งดี” หมายความว่ายิ่ง Vias (Via) น้อยลงที่ใช้ในกระบวนการเชื่อมต่อส่วนประกอบยิ่งดี จากข้อมูลด้านข้าง ช่องทางหนึ่งสามารถทำให้เกิดความจุแบบกระจาย 0.5pF และการลดจำนวนจุดแวะสามารถเพิ่มความเร็วได้อย่างมากและลดโอกาสที่ข้อมูลจะผิดพลาด

5. ให้ความสนใจกับ “ครอสทอล์ค” ที่แนะนำโดยสายสัญญาณในการกำหนดเส้นทางแบบขนานอย่างใกล้ชิด

การเดินสายวงจรความถี่สูงควรให้ความสนใจกับ “ครอสทอล์ค” ที่แนะนำโดยการกำหนดเส้นทางคู่ขนานอย่างใกล้ชิดของสายสัญญาณ Crosstalk หมายถึงปรากฏการณ์การมีเพศสัมพันธ์ระหว่างสายสัญญาณที่ไม่ได้เชื่อมต่อโดยตรง เนื่องจากสัญญาณความถี่สูงถูกส่งในรูปแบบของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามแนวสายส่ง สายสัญญาณจะทำหน้าที่เป็นเสาอากาศ และพลังงานของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกปล่อยออกมารอบๆ สายส่ง สัญญาณรบกวนที่ไม่พึงประสงค์เกิดขึ้นจากการมีเพศสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างสัญญาณ เรียกว่า ครอสทอล์ค (Crosstalk) พารามิเตอร์ของชั้น PCB, ระยะห่างของสายสัญญาณ, ลักษณะทางไฟฟ้าของปลายขับและปลายรับสัญญาณ และวิธีการสิ้นสุดสายสัญญาณล้วนมีผลกระทบต่อครอสทอล์ค ดังนั้น เพื่อลดครอสทอล์คของสัญญาณความถี่สูง จำเป็นต้องทำสิ่งต่อไปนี้ให้มากที่สุดเมื่อทำการเดินสาย:

หากพื้นที่เดินสายเอื้ออำนวย การสอดสายกราวด์หรือระนาบกราวด์ระหว่างสายไฟทั้งสองที่มีครอสทอล์คที่ร้ายแรงกว่าสามารถมีบทบาทในการแยกและลดการครอสทอล์ค เมื่อมีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แปรผันตามเวลาในพื้นที่รอบ ๆ สายสัญญาณ หากไม่สามารถหลีกเลี่ยงการกระจายแบบขนานได้ พื้นที่ขนาดใหญ่ของ “พื้น” สามารถจัดเรียงบนฝั่งตรงข้ามของสายสัญญาณคู่ขนานเพื่อลดการรบกวนอย่างมาก

ภายใต้สมมติฐานว่าพื้นที่เดินสายอนุญาต ให้เพิ่มระยะห่างระหว่างสายสัญญาณที่อยู่ติดกัน ลดความยาวขนานของสายสัญญาณ และพยายามทำให้เส้นนาฬิกาตั้งฉากกับสายสัญญาณหลักแทนที่จะขนานกัน หากแทบจะหลีกเลี่ยงการเดินสายขนานในชั้นเดียวกัน ในสองชั้นที่อยู่ติดกัน ทิศทางของการเดินสายจะต้องตั้งฉากกัน

ในวงจรดิจิตอล สัญญาณนาฬิกาปกติคือสัญญาณที่ขอบมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งมีครอสทอล์คภายนอกสูง ดังนั้นในการออกแบบ สายนาฬิกาควรล้อมรอบด้วยเส้นกราวด์และเจาะรูกราวด์ให้มากขึ้นเพื่อลดความจุแบบกระจาย ซึ่งจะช่วยลดการครอสทอล์ค สำหรับนาฬิกาสัญญาณความถี่สูง ลองใช้สัญญาณนาฬิกาดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันต่ำและปิดโหมดกราวด์ และให้ความสนใจกับความสมบูรณ์ของการเจาะกราวด์ของแพ็คเกจ

ไม่ควรระงับขั้วอินพุตที่ไม่ได้ใช้ แต่ต่อสายดินหรือเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ (แหล่งจ่ายไฟยังต่อสายดินในวงจรสัญญาณความถี่สูง) เนื่องจากสายที่แขวนอยู่อาจเทียบเท่ากับเสาอากาศส่งสัญญาณและการต่อลงดินสามารถยับยั้ง การปล่อย การปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่าการใช้วิธีนี้เพื่อกำจัด crosstalk บางครั้งสามารถให้ผลลัพธ์ได้ทันที

6. เพิ่มตัวเก็บประจุดีคัปปลิ้งความถี่สูงไปยังพินพาวเวอร์ซัพพลายของบล็อกวงจรรวม

ตัวเก็บประจุดีคัปปลิ้งความถี่สูงจะถูกเพิ่มไปยังพินของพาวเวอร์ซัพพลายของแผงวงจรรวมแต่ละบล็อคที่อยู่ใกล้เคียง การเพิ่มตัวเก็บประจุดีคัปปลิ้งความถี่สูงของพินของพาวเวอร์ซัพพลายสามารถยับยั้งการรบกวนของฮาร์โมนิกความถี่สูงบนพินของพาวเวอร์ซัพพลายได้อย่างมีประสิทธิภาพ

7. แยกสายกราวด์ของสัญญาณดิจิตอลความถี่สูงและสายกราวด์สัญญาณอะนาล็อก

เมื่อต่อสายกราวด์แอนะล็อก สายกราวด์ดิจิตอล ฯลฯ เข้ากับสายกราวด์สาธารณะ ให้ใช้ลูกปัดแม่เหล็กแบบโช้คความถี่สูงเพื่อเชื่อมต่อหรือแยกออกโดยตรง และเลือกตำแหน่งที่เหมาะสมสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างจุดเดียว ศักยภาพกราวด์ของสายกราวด์ของสัญญาณดิจิตอลความถี่สูงโดยทั่วไปไม่สอดคล้องกัน มักจะมีความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างทั้งสองโดยตรง ยิ่งไปกว่านั้น สายกราวด์ของสัญญาณดิจิตอลความถี่สูงมักจะมีส่วนประกอบฮาร์มอนิกที่สมบูรณ์มากของสัญญาณความถี่สูง เมื่อต่อสายกราวด์ของสัญญาณดิจิทัลและสายกราวด์ของสัญญาณแอนะล็อกโดยตรง ฮาร์โมนิกของสัญญาณความถี่สูงจะรบกวนสัญญาณแอนะล็อกผ่านคัปปลิ้งสายกราวด์ ดังนั้น ภายใต้สถานการณ์ปกติ สายกราวด์ของสัญญาณดิจิตอลความถี่สูงและสายกราวด์ของสัญญาณแอนะล็อกจะถูกแยกออก และวิธีการเชื่อมต่อแบบจุดเดียวสามารถใช้ในตำแหน่งที่เหมาะสม หรือวิธีการสูง- สามารถใช้การเชื่อมต่อโครงข่ายลูกปัดแม่เหล็กสำลักความถี่

8. หลีกเลี่ยงลูปที่เกิดจากการเดินสาย

การติดตามสัญญาณความถี่สูงทุกประเภทไม่ควรสร้างลูปให้มากที่สุด หากหลีกเลี่ยงไม่ได้ พื้นที่วนรอบควรมีขนาดเล็กที่สุด

9. ต้องแน่ใจว่ามีการจับคู่อิมพีแดนซ์สัญญาณที่ดี

ในกระบวนการส่งสัญญาณ เมื่ออิมพีแดนซ์ไม่ตรงกัน สัญญาณจะสะท้อนในช่องสัญญาณการส่งสัญญาณ และการสะท้อนจะทำให้สัญญาณสังเคราะห์เกิดโอเวอร์ชูต ทำให้สัญญาณผันผวนใกล้กับขีดจำกัดลอจิก

วิธีพื้นฐานในการกำจัดการสะท้อนคือการจับคู่อิมพีแดนซ์ของสัญญาณส่งสัญญาณให้ดี เนื่องจากยิ่งความแตกต่างระหว่างอิมพีแดนซ์โหลดและอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะของสายส่งมากเท่าใด การสะท้อนกลับยิ่งมากขึ้น ดังนั้นอิมพีแดนซ์ลักษณะของสายส่งสัญญาณควรทำให้เท่ากับอิมพีแดนซ์โหลดให้มากที่สุด ในเวลาเดียวกัน โปรดทราบว่าสายส่งบน PCB ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงหรือมุมอย่างกะทันหันได้ และพยายามรักษาอิมพีแดนซ์ของแต่ละจุดของสายส่งให้ต่อเนื่อง ไม่เช่นนั้นจะเกิดการสะท้อนระหว่างส่วนต่างๆ ของสายส่ง สิ่งนี้ต้องการให้ระหว่างการเดินสาย PCB ความเร็วสูงต้องปฏิบัติตามกฎการเดินสายต่อไปนี้:

กฎการเดินสาย USB ต้องใช้การกำหนดเส้นทางที่แตกต่างกันของสัญญาณ USB ความกว้างของเส้นคือ 10mil ระยะห่างระหว่างบรรทัดคือ 6mil และระยะห่างระหว่างสายกราวด์และสายสัญญาณคือ 6mil

กฎการเดินสาย HDMI จำเป็นต้องมีการกำหนดเส้นทางที่แตกต่างกันของสัญญาณ HDMI ความกว้างของเส้นคือ 10mil ระยะห่างระหว่างบรรทัดคือ 6mil และระยะห่างระหว่างคู่สัญญาณความแตกต่างของ HDMI สองชุดแต่ละชุดเกิน 20mil

กฎการเดินสาย LVDS ต้องใช้การกำหนดเส้นทางที่แตกต่างกันของสัญญาณ LVDS ความกว้างของเส้นคือ 7mil ระยะห่างระหว่างบรรทัดคือ 6mil จุดประสงค์คือเพื่อควบคุมอิมพีแดนซ์สัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลของ HDMI ถึง 100 + -15% โอห์ม

กฎการเดินสาย DDR การสืบค้นกลับของ DDR1 ต้องการสัญญาณที่จะไม่ลอดผ่านรูให้มากที่สุด เส้นสัญญาณมีความกว้างเท่ากัน และเส้นมีระยะห่างเท่ากัน การติดตามต้องเป็นไปตามหลักการ 2W เพื่อลดการครอสทอล์คระหว่างสัญญาณ สำหรับอุปกรณ์ความเร็วสูงของ DDR2 ขึ้นไป จำเป็นต้องมีข้อมูลความถี่สูงด้วย เส้นมีความยาวเท่ากันเพื่อให้แน่ใจว่ามีการจับคู่อิมพีแดนซ์ของสัญญาณ

10. รับประกันความสมบูรณ์ของการส่ง

รักษาความสมบูรณ์ของการส่งสัญญาณและป้องกัน “ปรากฏการณ์สะท้อนพื้น” ที่เกิดจากการแยกกราวด์