高頻電路PCB設計的技巧有哪些?

的設計 高頻PCB 是一個複雜的過程,很多因素會直接影響高頻電路的工作性能。 高頻電路設計和佈線對整個設計非常重要。 特別推薦高頻電路PCB設計的以下十個技巧:

印刷電路板

1.多層板佈線

高頻電路往往具有高集成度和高​​佈線密度。 使用多層板不僅是佈線的必要,也是減少干擾的有效手段。 在PCB Layout階段,合理選擇具有一定層數的印製板尺寸,可以充分利用中間層設置屏蔽,更好地實現就近接地,有效降低寄生電感,縮短信號傳輸長度,同時仍然保持較大的所有這些方法都有利於高頻電路的可靠性,例如信號交叉干擾的幅度減小。 有數據顯示,在使用相同材料時,四層板的噪音比雙面板低20dB。 然而,也有一個問題。 PCB半層數越多,製造工藝越複雜,單位成本越高。 這就要求我們在進行PCB Layout時選擇合適層數的PCB板。 合理的元件佈局規劃,並使用正確的佈線規則來完成設計。

2. 高速電子器件引腳之間的引線彎曲越少越好

高頻電路佈線的引出線最好採用全直線,需要轉彎。 可以用45度折線或圓弧轉彎。 此要求僅用於提高低頻電路中銅箔的固定強度,而在高頻電路中則滿足此要求。 一個要求可以減少高頻信號的外部發射和相互耦合。

3、高頻電路器件引腳間的引線越短越好

信號的輻射強度與信號線的走線長度成正比。 高頻信號引線越長,就越容易耦合到靠近它的組件。 因此,對於信號時鐘,晶振、DDR數據、LVDS線、USB線、HDMI線等高頻信號線都要求盡量短。

4、高頻電路器件引腳間的引線層交替越少越好

所謂“引線的層間交替越少越好”是指元件連接過程中使用的過孔(Via)越少越好。 據側面介紹,一個過孔可以帶來0.5pF左右的分佈電容,減少過孔數量可以顯著提高速度,降低數據出錯的可能性。

5、注意信號線在緊密平行走線引入的“串擾”

高頻電路佈線要注意信號線緊密平行走線引入的“串擾”。 串擾是指非直接連接的信號線之間的耦合現象。 由於高頻信號以電磁波的形式沿傳輸線傳輸,信號線將起到天線的作用,電磁場的能量會在傳輸線周圍發射。 由於信號之間電磁場的相互耦合,會產生不需要的噪聲信號。 稱為串擾(Crosstalk)。 PCB層的參數、信號線的間距、驅動端和接收端的電氣特性、信號線端接方式等都會對串擾產生一定的影響。 因此,為了減少高頻信號的串擾,接線時要求盡量做到以下幾點:

在佈線空間允許的情況下,在串擾比較嚴重的兩根線之間插入地線或地平面,可以起到隔離和減少串擾的作用。 當信號線周圍的空間存在時變電磁場時,如果無法避免平行分佈,可以在平行信號線的對側佈置大面積的“地”,大大減少干擾。

在佈線空間允許的前提下,增加相鄰信號線的間距,減少信號線的平行長度,盡量使時鐘線垂直於關鍵信號線而不是平行。 如果同層平行佈線幾乎是不可避免的,那麼在相鄰的兩個層中,佈線的方向必須相互垂直。

在數字電路中,通常的時鐘信號是邊沿變化快的信號,具有很高的外部串擾。 因此,在設計時,時鐘線應由地線環繞,並打出更多的地線孔,以減少分佈電容,從而減少串擾。 對於高頻信號時鐘,盡量採用低壓差分時鐘信號和包地方式,注意包地打孔的完整性。

不用的輸入端不要懸空,而是接地或接電源(在高頻信號迴路中電源也是接地的),因為懸空線可能相當於發射天線,接地可以抑制排放。 實踐證明,用這種方法消除串擾有時可以立竿見影。

6、集成電路塊的電源引腳加高頻去耦電容

每個集成電路塊的電源引腳附近都加了一個高頻去耦電容。 增加電源引腳的高頻去耦電容,可以有效抑制高頻諧波對電源引腳的干擾。

7、隔離高頻數字信號地線和模擬信號地線

模擬地線、數字地線等與公共地線連接時,使用高頻扼流磁珠連接或直接隔離,選擇合適的地方進行單點互連。 高頻數字信號地線的地電位一般不一致。 兩者之間往往直接存在一定的電壓差。 而且,高頻數字信號的地線往往含有非常豐富的高頻信號諧波成分。 當數字信號地線和模擬信號地線直接連接時,高頻信號的諧波會通過地線耦合對模擬信號產生干擾。 因此,一般情況下,高頻數字信號的地線和模擬信號的地線是要隔離的,可以在合適的位置採用單點互連的方法,或者採用高頻的方法。可以使用頻率扼流圈磁珠互連。

8.避免接線形成迴路

各種高頻信號走線盡量不要形成環路。 如果不可避免,環路面積應盡可能小。

9. 必須保證良好的信號阻抗匹配

在信號傳輸過程中,當阻抗不匹配時,信號會在傳輸通道中反射,反射會使合成信號形成過衝,使信號在邏輯閾值附近波動。

消除反射的根本方法是匹配傳輸信號的阻抗。 由於負載阻抗與傳輸線特性阻抗的差值越大,反射就越大,所以應盡量使信號傳輸線的特性阻抗與負載阻抗相等。 同時請注意PCB上的傳輸線不能有突變或拐角,盡量保持傳輸線各點阻抗連續,否則傳輸線各段之間會出現反射。 這就要求在高速PCB佈線時,必須遵守以下佈線規則:

USB接線規則。 需要USB信號差分走線,線寬10mil,線距6mil,地線和信號線間距6mil。

HDMI 接線規則。 需要HDMI信號差分走線,線寬10mil,線距6mil,每兩組HDMI差分信號對間距超過20mil。

LVDS 接線規則。 需要LVDS信號差分走線,線寬7mil,線距6mil,目的是控制HDMI的差分信號阻抗為100+-15%ohm

DDR 接線規則。 DDR1走線要求信號盡量不要過孔,信號線等寬,線間距等。 走線必須符合 2W 原則,以減少信號之間的串擾。 對於DDR2及以上的高速設備,還需要高頻數據。 線路長度相等,以保證信號的阻抗匹配。

10.保證傳輸的完整性

保持信號傳輸的完整性,防止接地分裂引起的“地彈現象”。