Thiết kế của PCB tần số cao là một quá trình phức tạp và nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất làm việc của mạch cao tần. Thiết kế mạch tần số cao và hệ thống dây điện là rất quan trọng đối với toàn bộ thiết kế. Mười lời khuyên sau đây cho thiết kế PCB mạch tần số cao được đặc biệt khuyến khích:

1. Hệ thống dây bảng nhiều lớp

High-frequency circuits tend to have high integration and high wiring density. The use of multi-layer boards is not only necessary for wiring, but also an effective means to reduce interference. In the PCB Layout stage, a reasonable selection of the printed board size with a certain number of layers can make full use of the intermediate layer to set up the shield, better realize the nearest grounding, and effectively reduce the parasitic inductance and shorten the signal transmission length, while still maintaining a large All of these methods are beneficial to the reliability of high-frequency circuits, such as the amplitude reduction of signal cross-interference. Some data show that when the same material is used, the noise of the four-layer board is 20dB lower than that of the double-sided board. However, there is also a problem. The higher the number of PCB half-layers, the more complex the manufacturing process, and the higher the unit cost. This requires us to select PCB boards with the appropriate number of layers when performing PCB Layout. Reasonable component layout planning, and use correct wiring rules to complete the design.

2. The less the lead bends between the pins of high-speed electronic devices, the better

Dây dẫn của hệ thống dây điện tần số cao tốt nhất là sử dụng một đường thẳng hoàn chỉnh, cần được quay. Nó có thể được quay bởi một đường đứt khúc 45 độ hoặc một cung tròn. Yêu cầu này chỉ được sử dụng để cải thiện độ bền cố định của lá đồng trong mạch tần số thấp, trong khi trong mạch tần số cao, yêu cầu này được đáp ứng. Một yêu cầu có thể làm giảm sự phát xạ bên ngoài và sự ghép nối lẫn nhau của các tín hiệu tần số cao.

3. Dây dẫn giữa các chân của thiết bị mạch cao tần càng ngắn thì càng tốt

Cường độ bức xạ của tín hiệu tỷ lệ với độ dài vết của đường tín hiệu. Dây dẫn tín hiệu tần số cao càng dài thì càng dễ ghép nối với các thành phần gần nó. Do đó, đối với đồng hồ tín hiệu, bộ dao động tinh thể, dữ liệu DDR, đường LVDS, đường USB, đường HDMI và các đường tín hiệu tần số cao khác được yêu cầu càng ngắn càng tốt.

4. Càng ít lớp chì xen kẽ giữa các chân của thiết bị mạch cao tần càng tốt

Cái gọi là “càng ít xen kẽ giữa các lớp của các đạo trình càng tốt” có nghĩa là càng ít vias (Via) được sử dụng trong quá trình kết nối thành phần thì càng tốt. Theo bên cạnh, một lần thông qua có thể mang lại điện dung phân tán 0.5pF và việc giảm số lượng vias có thể làm tăng đáng kể tốc độ và giảm khả năng xảy ra lỗi dữ liệu.

5. Chú ý đến “nhiễu xuyên âm” được giới thiệu bởi đường tín hiệu trong định tuyến song song gần

Hệ thống dây dẫn mạch tần số cao nên chú ý đến “nhiễu xuyên âm” do việc định tuyến song song gần nhau của các đường tín hiệu. Crosstalk đề cập đến hiện tượng ghép nối giữa các đường tín hiệu không được kết nối trực tiếp. Vì tín hiệu cao tần được truyền dưới dạng sóng điện từ dọc theo đường truyền, nên đường tín hiệu sẽ hoạt động như một ăng-ten, và năng lượng của trường điện từ sẽ được phát ra xung quanh đường truyền. Các tín hiệu nhiễu không mong muốn được tạo ra do sự ghép nối lẫn nhau của trường điện từ giữa các tín hiệu. Gọi là nhiễu xuyên âm (Crosstalk). Các thông số của lớp PCB, khoảng cách của các đường tín hiệu, đặc tính điện của đầu dẫn và đầu nhận, và phương pháp kết thúc đường tín hiệu đều có tác động nhất định đến nhiễu xuyên âm. Do đó, để giảm nhiễu xuyên âm của tín hiệu tần số cao, khi đấu dây cần phải làm những việc sau càng nhiều càng tốt:

Nếu không gian đi dây cho phép, việc chèn dây nối đất hoặc mặt phẳng nối đất giữa hai dây có nhiễu xuyên âm nghiêm trọng hơn có thể đóng vai trò cách ly và giảm nhiễu xuyên âm. Khi có trường điện từ biến thiên theo thời gian trong không gian xung quanh đường tín hiệu, nếu không thể tránh được sự phân bố song song, thì có thể bố trí một vùng “mặt đất” lớn ở phía đối diện của đường tín hiệu song song để giảm nhiễu đáng kể.

Theo giả thiết rằng không gian đi dây cho phép, hãy tăng khoảng cách giữa các đường tín hiệu liền kề, giảm độ dài song song của các đường tín hiệu và cố gắng làm cho đường đồng hồ vuông góc với đường tín hiệu chính thay vì song song. Nếu đấu dây song song trong cùng một lớp thì hầu như không thể tránh khỏi, ở hai lớp liền kề, các hướng của dây phải vuông góc với nhau.

Trong các mạch kỹ thuật số, các tín hiệu xung nhịp thông thường là các tín hiệu có tốc độ thay đổi cạnh nhanh, có nhiễu xuyên âm bên ngoài cao. Do đó, trong thiết kế, đường dây xung nhịp nên được bao quanh bởi đường dây nối đất và đục thêm các lỗ đường dây nối đất để giảm điện dung phân bố, từ đó giảm nhiễu xuyên âm. Đối với đồng hồ tín hiệu tần số cao, cố gắng sử dụng tín hiệu đồng hồ vi sai điện áp thấp và quấn chế độ nối đất, đồng thời chú ý đến tính toàn vẹn của gói đột đất.

Không nên treo đầu cuối đầu vào không sử dụng, nhưng phải nối đất hoặc kết nối với nguồn điện (nguồn điện cũng được nối đất trong vòng tín hiệu tần số cao), vì đường dây bị treo có thể tương đương với ăng ten phát và việc nối đất có thể ức chế sự phát xạ. Thực tiễn đã chứng minh rằng sử dụng phương pháp này để loại bỏ nhiễu xuyên âm đôi khi có thể mang lại kết quả ngay lập tức.

6. Thêm tụ điện tách tần số cao vào chân cấp nguồn của khối mạch tích hợp

Một tụ điện tách tần số cao được thêm vào chân cấp nguồn của mỗi khối mạch tích hợp gần đó. Việc tăng tụ điện tách tần số cao của chân cấp nguồn có thể triệt tiêu hiệu quả nhiễu sóng hài tần số cao trên chân cấp nguồn.

7. Cách ly dây nối đất của tín hiệu kỹ thuật số tần số cao và dây nối đất của tín hiệu tương tự

Khi dây nối đất tương tự, dây nối đất kỹ thuật số, v.v. được kết nối với dây nối đất công cộng, sử dụng hạt từ tính tần số cao để kết nối hoặc cách ly trực tiếp và chọn một nơi thích hợp cho đấu nối một điểm. Điện thế nối đất của dây nối đất của tín hiệu kỹ thuật số tần số cao nói chung là không nhất quán. Thường có một hiệu điện thế nhất định giữa hai trực tiếp. Hơn nữa, dây nối đất của tín hiệu kỹ thuật số cao tần thường chứa các thành phần hài rất phong phú của tín hiệu cao tần. Khi dây nối đất tín hiệu kỹ thuật số và dây nối đất tín hiệu tương tự được kết nối trực tiếp, sóng hài của tín hiệu cao tần sẽ gây nhiễu tín hiệu tương tự thông qua khớp nối dây nối đất. Do đó, trong các trường hợp bình thường, dây nối đất của tín hiệu kỹ thuật số tần số cao và dây nối đất của tín hiệu tương tự phải được cách ly và có thể sử dụng phương pháp kết nối đơn điểm tại một vị trí thích hợp hoặc phương pháp kết nối cao có thể sử dụng kết nối hạt từ tính choke tần số.

8. Tránh các vòng lặp được hình thành bởi hệ thống dây điện

Tất cả các loại dấu vết tín hiệu tần số cao không nên tạo thành một vòng lặp càng nhiều càng tốt. Nếu không thể tránh khỏi, diện tích vòng lặp phải càng nhỏ càng tốt.

9. Phải đảm bảo kết hợp trở kháng tín hiệu tốt

Trong quá trình truyền tín hiệu, khi trở kháng không phù hợp, tín hiệu sẽ phản xạ trong kênh truyền, và sự phản xạ sẽ làm cho tín hiệu tổng hợp tạo thành quá độ làm cho tín hiệu dao động gần ngưỡng logic.

Cách cơ bản để loại bỏ phản xạ là kết hợp tốt trở kháng của tín hiệu truyền. Vì sự khác biệt giữa trở kháng tải và trở kháng đặc tính của đường truyền càng lớn thì phản xạ càng lớn, do đó trở kháng đặc tính của đường truyền tín hiệu phải làm bằng trở kháng tải càng nhiều càng tốt. Đồng thời, hãy lưu ý rằng đường truyền trên PCB không được có những thay đổi hoặc góc đột ngột, và cố gắng giữ cho trở kháng của từng điểm của đường truyền được liên tục, nếu không sẽ có hiện tượng phản xạ giữa các phần khác nhau của đường truyền. Điều này đòi hỏi trong quá trình đấu dây PCB tốc độ cao, các quy tắc đi dây sau đây phải được tuân thủ:

Quy tắc nối dây USB. Yêu cầu định tuyến phân biệt tín hiệu USB, chiều rộng đường dây là 10 triệu, khoảng cách đường dây là 6 triệu, và khoảng cách đường dây mặt đất và đường dây tín hiệu là 6 triệu.

Quy tắc đấu dây HDMI. Định tuyến phân biệt tín hiệu HDMI là bắt buộc, chiều rộng đường truyền là 10 triệu, khoảng cách đường truyền là 6 triệu và khoảng cách giữa hai bộ cặp tín hiệu vi sai HDMI vượt quá 20 triệu.

Quy tắc đấu dây LVDS. Yêu cầu định tuyến chênh lệch tín hiệu LVDS, độ rộng dòng là 7mil, khoảng cách dòng là 6mil, mục đích là để điều khiển trở kháng tín hiệu vi sai của HDMI đến 100 + -15% ohm

Quy tắc đấu dây DDR. Các vết DDR1 yêu cầu tín hiệu không đi qua các lỗ càng nhiều càng tốt, các đường tín hiệu có độ rộng bằng nhau và các đường cách đều nhau. Các dấu vết phải đáp ứng nguyên tắc 2W để giảm nhiễu xuyên âm giữa các tín hiệu. Đối với các thiết bị tốc độ cao từ DDR2 trở lên, dữ liệu tần số cao cũng được yêu cầu. Các đường có độ dài bằng nhau để đảm bảo sự phù hợp trở kháng của tín hiệu.

10. Đảm bảo tính toàn vẹn của đường truyền

Duy trì tính toàn vẹn của việc truyền tín hiệu và ngăn chặn “hiện tượng dội đất” do tách mặt đất.