高頻PCB布線的十大方法
發布時間:2018-12-11 責任編輯:xueqi
【導讀】如果數字邏輯電路的頻率達到或者超過45MHZ~50MHZ,而且工作在這個頻率之上的電路已經占到了整個電子係統一定的份量(比如說1/3),通常就稱為高頻電路。高頻電路設計是一個非常複雜的設計過程,其布線對整個設計至關重要!掌握以下十大方法,你將會在高頻電路設計中少走彎路。
【第一招】多層板布線
高頻電路往往集成度較高,布線密度大,采用多層板既是布線所必須,也是降低幹擾的有效手段。在PCB Layout階jie段duan,合he理li的de選xuan擇ze一yi定ding層ceng數shu的de印yin製zhi板ban尺chi寸cun,能neng充chong分fen利li用yong中zhong間jian層ceng來lai設she置zhi屏ping蔽bi,更geng好hao地di實shi現xian就jiu近jin接jie地di,並bing有you效xiao地di降jiang低di寄ji生sheng電dian感gan和he縮suo短duan信xin號hao的de傳chuan輸shu長chang度du,同tong時shi還hai能neng大da幅fu度du地di降jiang低di信xin號hao的de交jiao叉cha幹gan擾rao等deng,所suo有you這zhe些xie方fang法fa都dou對dui高gao頻pin電dian路lu的de可ke靠kao性xing有you利li。
有資料顯示,同種材料時,四層板要比雙麵板的噪聲低20dB。但是,同時也存在一個問題,PCB半層數越高,製造工藝越複雜,單位成本也就越高,這就要求我們在進行PCB Layout時,除了選擇合適的層數的PCB板,還需要進行合理的元器件布局規劃,並采用正確的布線規則來完成設計。
【第二招】高速電子器件管腳間的引線彎折越少越好
高頻電路布線的引線最好采用全直線,需要轉折,可用45度(du)折(zhe)線(xian)或(huo)者(zhe)圓(yuan)弧(hu)轉(zhuan)折(zhe),這(zhe)種(zhong)要(yao)求(qiu)在(zai)低(di)頻(pin)電(dian)路(lu)中(zhong)僅(jin)僅(jin)用(yong)於(yu)提(ti)高(gao)銅(tong)箔(bo)的(de)固(gu)著(zhe)強(qiang)度(du),而(er)在(zai)高(gao)頻(pin)電(dian)路(lu)中(zhong),滿(man)足(zu)這(zhe)一(yi)要(yao)求(qiu)卻(que)可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)高(gao)頻(pin)信(xin)號(hao)對(dui)外(wai)的(de)發(fa)射(she)和(he)相(xiang)互(hu)間(jian)的(de)耦(ou)合(he)。
【第三招】高頻電路器件管腳間的引線越短越好
信(xin)號(hao)的(de)輻(fu)射(she)強(qiang)度(du)是(shi)和(he)信(xin)號(hao)線(xian)的(de)走(zou)線(xian)長(chang)度(du)成(cheng)正(zheng)比(bi)的(de),高(gao)頻(pin)的(de)信(xin)號(hao)引(yin)線(xian)越(yue)長(chang),它(ta)就(jiu)越(yue)容(rong)易(yi)耦(ou)合(he)到(dao)靠(kao)近(jin)它(ta)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)上(shang)去(qu),所(suo)以(yi)對(dui)於(yu)諸(zhu)如(ru)信(xin)號(hao)的(de)時(shi)鍾(zhong)、晶振、DDR的數據、LVDS線、USB線、HDMI線等高頻信號線都是要求盡可能的走線越短越好。
【第四招】高頻電路器件管腳間的引線層間交替越少越好
所謂“引線的層間交替越少越好”是指元件連接過程中所用的過孔(Via)越少越好。據側,一個過孔可帶來約0.5pF的分布電容,減少過孔數能顯著提高速度和減少數據出錯的可能性。
【第五招】注意信號線近距離平行走線引入的“串擾”
高頻電路布線要注意信號線近距離平行走線所引入的“串擾”,串chuan擾rao是shi指zhi沒mei有you直zhi接jie連lian接jie的de信xin號hao線xian之zhi間jian的de耦ou合he現xian象xiang。由you於yu高gao頻pin信xin號hao沿yan著zhe傳chuan輸shu線xian是shi以yi電dian磁ci波bo的de形xing式shi傳chuan輸shu的de,信xin號hao線xian會hui起qi到dao天tian線xian的de作zuo用yong,電dian磁ci場chang的de能neng量liang會hui在zai傳chuan輸shu線xian的de周zhou圍wei發fa射she,信xin號hao之zhi間jian由you於yu電dian磁ci場chang的de相xiang互hu耦ou合he而er產chan生sheng的de不bu期qi望wang的de噪zao聲sheng信xin號hao稱cheng為wei串chuan擾rao(Crosstalk)。
PCB板層的參數、信號線的間距、qudongduanhejieshouduandedianqitexingyijixinhaoxianduanjiefangshiduichuanraodouyouyidingdeyingxiang。suoyiweilejianshaogaopinxinhaodechuanrao,zaibuxiandeshihouyaoqiujinkenengdezuodaoyixiajidian:
在布線空間允許的條件下,在串擾較嚴重的兩條線之間插入一條地線或地平麵,可以起到隔離的作用而減少串擾。
當信號線周圍的空間本身就存在時變的電磁場時,若無法避免平行分布,可在平行信號線的反麵布置大麵積“地”來大幅減少幹擾。
在布線空間許可的前提下,加大相鄰信號線間的間距,減小信號線的平行長度,時鍾線盡量與關鍵信號線垂直而不要平行。
如果同一層內的平行走線幾乎無法避免,在相鄰兩個層,走線的方向務必卻為相互垂直。
在(zai)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)中(zhong),通(tong)常(chang)的(de)時(shi)鍾(zhong)信(xin)號(hao)都(dou)是(shi)邊(bian)沿(yan)變(bian)化(hua)快(kuai)的(de)信(xin)號(hao),對(dui)外(wai)串(chuan)擾(rao)大(da)。所(suo)以(yi)在(zai)設(she)計(ji)中(zhong),時(shi)鍾(zhong)線(xian)宜(yi)用(yong)地(di)線(xian)包(bao)圍(wei)起(qi)來(lai)並(bing)多(duo)打(da)地(di)線(xian)孔(kong)來(lai)減(jian)少(shao)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong),從(cong)而(er)減(jian)少(shao)串(chuan)擾(rao)。
對高頻信號時鍾盡量使用低電壓差分時鍾信號並包地方式,需要注意包地打孔的完整性。
閑置不用的輸入端不要懸空,而是將其接地或接電源(電源在高頻信號回路中也是地),因為懸空的線有可能等效於發射天線,接地就能抑製發射。實踐證明,用這種辦法消除串擾有時能立即見效。
【第六招】集成電路塊的電源引腳增加高頻退藕電容
每mei個ge集ji成cheng電dian路lu塊kuai的de電dian源yuan引yin腳jiao就jiu近jin增zeng一yi個ge高gao頻pin退tui藕ou電dian容rong。增zeng加jia電dian源yuan引yin腳jiao的de高gao頻pin退tui藕ou電dian容rong,可ke以yi有you效xiao地di抑yi製zhi電dian源yuan引yin腳jiao上shang的de高gao頻pin諧xie波bo形xing成cheng幹gan擾rao。
【第七招】高頻數字信號的地線和模擬信號地線做隔離
模擬地線、數shu字zi地di線xian等deng接jie往wang公gong共gong地di線xian時shi要yao用yong高gao頻pin扼e流liu磁ci珠zhu連lian接jie或huo者zhe直zhi接jie隔ge離li並bing選xuan擇ze合he適shi的de地di方fang單dan點dian互hu聯lian。高gao頻pin數shu字zi信xin號hao的de地di線xian的de地di電dian位wei一yi般ban是shi不bu一yi致zhi的de,兩liang者zhe直zhi接jie常chang常chang存cun在zai一yi定ding的de電dian壓ya差cha,而er且qie,高gao頻pin數shu字zi信xin號hao的de地di線xian還hai常chang常chang帶dai有you非fei常chang豐feng富fu的de高gao頻pin信xin號hao的de諧xie波bo分fen量liang,當dang直zhi接jie連lian接jie數shu字zi信xin號hao地di線xian和he模mo擬ni信xin號hao地di線xian時shi,高gao頻pin信xin號hao的de諧xie波bo就jiu會hui通tong過guo地di線xian耦ou合he的de方fang式shi對dui模mo擬ni信xin號hao進jin行xing幹gan擾rao。
所(suo)以(yi)通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia),對(dui)高(gao)頻(pin)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)的(de)地(di)線(xian)和(he)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)的(de)地(di)線(xian)是(shi)要(yao)做(zuo)隔(ge)離(li)的(de),可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)在(zai)合(he)適(shi)位(wei)置(zhi)單(dan)點(dian)互(hu)聯(lian)的(de)方(fang)式(shi),或(huo)者(zhe)采(cai)用(yong)高(gao)頻(pin)扼(e)流(liu)磁(ci)珠(zhu)互(hu)聯(lian)的(de)方(fang)式(shi)。
【第八招】避免走線形成的環路
各類高頻信號走線盡量不要形成環路,若無法避免則應使環路麵積盡量小。
【第九招】必須保證良好的信號阻抗匹配
信(xin)號(hao)在(zai)傳(chuan)輸(shu)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong),當(dang)阻(zu)抗(kang)不(bu)匹(pi)配(pei)的(de)時(shi)候(hou),信(xin)號(hao)就(jiu)會(hui)在(zai)傳(chuan)輸(shu)通(tong)道(dao)中(zhong)發(fa)生(sheng)信(xin)號(hao)的(de)反(fan)射(she),反(fan)射(she)會(hui)使(shi)合(he)成(cheng)信(xin)號(hao)形(xing)成(cheng)過(guo)衝(chong),導(dao)致(zhi)信(xin)號(hao)在(zai)邏(luo)輯(ji)門(men)限(xian)附(fu)近(jin)波(bo)動(dong)。
消(xiao)除(chu)反(fan)射(she)的(de)根(gen)本(ben)辦(ban)法(fa)是(shi)使(shi)傳(chuan)輸(shu)信(xin)號(hao)的(de)阻(zu)抗(kang)良(liang)好(hao)匹(pi)配(pei),由(you)於(yu)負(fu)載(zai)阻(zu)抗(kang)與(yu)傳(chuan)輸(shu)線(xian)的(de)特(te)性(xing)阻(zu)抗(kang)相(xiang)差(cha)越(yue)大(da)反(fan)射(she)也(ye)越(yue)大(da),所(suo)以(yi)應(ying)盡(jin)可(ke)能(neng)使(shi)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)線(xian)的(de)特(te)性(xing)阻(zu)抗(kang)與(yu)負(fu)載(zai)阻(zu)抗(kang)相(xiang)等(deng)。同(tong)時(shi)還(hai)要(yao)注(zhu)意(yi)PCB上的傳輸線不能出現突變或拐角,盡量保持傳輸線各點阻抗連續,否則在傳輸線各段之間也將會出現反射。這就要求在進行高速PCB布線時,必須要遵守以下布線規則:
USB布線規則:要求USB信號差分走線,線寬10mil,線距6mil,地線和信號線距6mil。
HDMI布線規則:要求HDMI信號差分走線,線寬10mil,線距6mil,每兩組HDMI差分信號對的間距超過20mil。
LVDS布線規則要求LVDS信號差分走線,線寬7mil,線距6mil,目的是控製HDMI的差分信號對阻抗為100+-15%歐姆DDR布線規則。DDR1走線要求信號盡量不走過孔,信號線等寬,線與線等距,走線必須滿足2W原則,以減少信號間的串擾,對DDR2及以上的高速器件,還要求高頻數據走線等長,以保證信號的阻抗匹配。
【第十招】保持信號傳輸的完整性
保持信號傳輸的完整性,防止由於地線分割引起的“地彈現象”。
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