高频电路PCB设计的技巧有哪些?

的设计 高频PCB 是一个复杂的过程,很多因素会直接影响高频电路的工作性能。 高频电路设计和布线对整个设计非常重要。 特别推荐高频电路PCB设计的以下十个技巧:

印刷电路板

1.多层板布线

高频电路往往具有高集成度和高​​布线密度。 使用多层板不仅是布线的必要,也是减少干扰的有效手段。 在PCB Layout阶段,合理选择具有一定层数的印制板尺寸,可以充分利用中间层设置屏蔽,更好地实现就近接地,有效降低寄生电感,缩短信号传输长度,同时仍然保持较大的所有这些方法都有利于高频电路的可靠性,例如信号交叉干扰的幅度减小。 有数据显示,在使用相同材料时,四层板的噪音比双面板低20dB。 然而,也有一个问题。 PCB半层数越多,制造工艺越复杂,单位成本越高。 这就要求我们在进行PCB Layout时选择合适层数的PCB板。 合理的元件布局规划,并使用正确的布线规则来完成设计。

2. 高速电子器件引脚之间的引线弯曲越少越好

高频电路布线的引出线最好采用全直线,需要转弯。 可以用45度折线或圆弧转弯。 此要求仅用于提高低频电路中铜箔的固定强度,而在高频电路中则满足此要求。 一个要求可以减少高频信号的外部发射和相互耦合。

3、高频电路器件引脚间的引线越短越好

信号的辐射强度与信号线的走线长度成正比。 高频信号引线越长,就越容易耦合到靠近它的组件。 因此,对于信号时钟,晶振、DDR数据、LVDS线、USB线、HDMI线等高频信号线都要求尽量短。

4、高频电路器件引脚间的引线层交替越少越好

所谓“引线的层间交替越少越好”是指元件连接过程中使用的过孔(Via)越少越好。 据侧面介绍,一个过孔可以带来0.5pF左右的分布电容,减少过孔数量可以显着提高速度,降低数据出错的可能性。

5、注意信号线在紧密平行走线引入的“串扰”

高频电路布线要注意信号线紧密平行走线引入的“串扰”。 串扰是指非直接连接的信号线之间的耦合现象。 由于高频信号以电磁波的形式沿传输线传输,信号线将起到天线的作用,电磁场的能量会在传输线周围发射。 由于信号之间电磁场的相互耦合,会产生不需要的噪声信号。 称为串扰(Crosstalk)。 PCB层的参数、信号线的间距、驱动端和接收端的电气特性、信号线端接方式等都会对串扰产生一定的影响。 因此,为了减少高频信号的串扰,接线时要求尽量做到以下几点:

在布线空间允许的情况下,在串扰比较严重的两根线之间插入地线或地平面,可以起到隔离和减少串扰的作用。 当信号线周围的空间存在时变电磁场时,如果无法避免平行分布,可以在平行信号线的对侧布置大面积的“地”,大大减少干扰。

在布线空间允许的前提下,增加相邻信号线的间距,减少信号线的平行长度,尽量使时钟线垂直于关键信号线而不是平行。 如果同层平行布线几乎是不可避免的,那么在相邻的两个层中,布线的方向必须相互垂直。

在数字电路中,通常的时钟信号是边沿变化快的信号,具有很高的外部串扰。 因此,在设计时,时钟线应由地线环绕,并打出更多的地线孔,以减少分布电容,从而减少串扰。 对于高频信号时钟,尽量采用低压差分时钟信号和包地方式,注意包地打孔的完整性。

不用的输入端不要悬空,而是接地或接电源(在高频信号回路中电源也是接地的),因为悬空线可能相当于发射天线,接地可以抑制排放。 实践证明,用这种方法消除串扰有时可以立竿见影。

6、集成电路块的电源引脚加高频去耦电容

每个集成电路块的电源引脚附近都加了一个高频去耦电容。 增加电源引脚的高频去耦电容,可以有效抑制高频谐波对电源引脚的干扰。

7、隔离高频数字信号地线和模拟信号地线

模拟地线、数字地线等与公共地线连接时,使用高频扼流磁珠连接或直接隔离,选择合适的地方进行单点互连。 高频数字信号地线的地电位一般不一致。 两者之间往往直接存在一定的电压差。 而且,高频数字信号的地线往往含有非常丰富的高频信号谐波成分。 当数字信号地线和模拟信号地线直接连接时,高频信号的谐波会通过地线耦合对模拟信号产生干扰。 因此,一般情况下,高频数字信号的地线和模拟信号的地线是要隔离的,可以在合适的位置采用单点互连的方法,或者采用高频的方法。可以使用频率扼流圈磁珠互连。

8.避免接线形成回路

各种高频信号走线尽量不要形成环路。 如果不可避免,环路面积应尽可能小。

9. 必须保证良好的信号阻抗匹配

在信号传输过程中,当阻抗不匹配时,信号会在传输通道中反射,反射会使合成信号形成过冲,使信号在逻辑阈值附近波动。

消除反射的根本方法是匹配传输信号的阻抗。 由于负载阻抗与传输线特性阻抗的差值越大,反射就越大,所以应尽量使信号传输线的特性阻抗与负载阻抗相等。 同时请注意PCB上的传输线不能有突变或拐角,尽量保持传输线各点阻抗连续,否则传输线各段之间会出现反射。 这就要求在高速PCB布线时,必须遵守以下布线规则:

USB接线规则。 需要USB信号差分走线,线宽10mil,线距6mil,地线和信号线间距6mil。

HDMI 接线规则。 需要HDMI信号差分走线,线宽10mil,线距6mil,每两组HDMI差分信号对间距超过20mil。

LVDS 接线规则。 需要LVDS信号差分走线,线宽7mil,线距6mil,目的是控制HDMI的差分信号阻抗为100+-15%ohm

DDR 接线规则。 DDR1走线要求信号尽量不要过孔,信号线等宽,线间距等。 走线必须符合 2W 原则,以减少信号之间的串扰。 对于DDR2及以上的高速设备,还需要高频数据。 线路长度相等,以保证信号的阻抗匹配。

10.保证传输的完整性

保持信号传输的完整性,防止接地分裂引起的“地弹现象”。