高频PCB电路板
多层PCB布局:
高频电路通常高度集成且具有高布线密度。使用多层板既是减少干扰的必要手段,也是有效的手段。在PCB布局阶段,合理选择一定尺寸和层数的PCB,可以充分利用中间件设置挡块,更好的就近接地,有效降低寄生电感,缩短信号传输长度,但还可以大大减少信号的交叉干扰等,这些方法都有利于高频电路的可靠性。同样材质,四层板噪音比双面板低20dB。但同时也存在一个问题,就是PCB板的层数越多,制造工艺越复杂,单位成本也越高,这就要求在PCB布局中,除了选择合适的PCB层数外,还应进行合理的元件布局规划,并采用适当的布线规则来完成设计。
1. 高频电路层间引脚的交替引线越少越好。
这意味着连接中使用的 Via 越少越好。一个 Via 可以带来大约 0.5pF 的分布电容,减少 Via 的数量可以显着提高速度并减少数据错误的可能性。
2、高频电路引脚之间的引线越短越好。
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,就越容易与其元件耦合。因此,对于信号时钟、晶振、DDR数据、LVDS、USB、HDMI等高频信号线,要求走线长度越短越好。
3、高频电子器件引脚之间的弯曲越小越好。
高频电线引线最好使用全直线。如果需要转折,可以使用 45 度折线或圆弧转折。此要求仅用于提高低频电路中铜箔的结合强度,而在高频电路中,满足此要求可减少高频信号的外部发射和耦合。
4、注意信号线平行到近距离引入的“串扰”。
对于高频电路布线,要注意近距离平行的信号线引入的“串扰”。串扰是指信号线之间没有直接连接的耦合现象。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。由于电磁场耦合而产生的信号之间不需要的噪声信号称为串扰。 PCB板层的参数、信号线的间距、驱动和接收端子的电气特性以及信号线的连接方式都对串扰有一定的影响。因此,为了减少高频信号的串扰,需要在布局过程中尽量做到以下几点。
(1) 如果两条线路之间存在严重的串扰,可以插入地线或地平面,在布线空间允许的情况下,可以起到隔离和减少串扰的作用。
(2)当信号线自身周围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“地”,大大减少干扰.
(3)在布线空间充足的前提下,可以增加相邻信号线的间距,减少信号线的平行长度。时钟线应垂直于关键信号线而不是平行。
(4)如果同一层内的平行线几乎不可避免,则相邻层内的平行线必须相互垂直。
(5)在数字电路中,通常的时钟信号是边沿变化快的信号,外部串扰较大。因此,在设计时,时钟线最好用地线环绕,并为地线多挖孔,以减少分布电容,从而减少串扰。
(6) 高频信号时钟尽量采用低压差分时钟信号,注意穿孔的完整性。
(7) 空闲输入端不要悬空,而是要接地或接电源,因为悬空线可能相当于发射天线,接地会抑制发射。
5、高频数字信号地线与模拟信号地线隔离。
模拟地线、数字地线等与公共地线连接采用高频扼流圈磁珠连接或直接隔离选择合适的单点连接。高频数字信号的地线地电位不一致,两者直接经常存在电压差,而高频数字信号地线中往往含有非常丰富的高频数字信号地线的谐波成分,当直接连接到数字信号和模拟信号接地,高频信号谐波会通过接地的方式耦合到模拟信号干扰中。因此,一般情况下,高频数字信号的地线和模拟信号的地线要隔离,在适当的位置可以采用单点互连方式,也可以采用高频扼流磁珠互连方式。采纳。
6、增加IC块电源引脚的高频去耦电容。
每个IC块的电源引脚附近增加了一个高频解复用电容。增加IC块电源引脚的高频去耦电容,可有效抑制高频谐波对电源引脚的干扰。
7、接线时避免回路。
各种高频信号在接线时不应形成回路。如果不可避免,环路面积应尽可能小。
8. 必须保证良好的信号阻抗匹配。
在传输过程中,当阻抗不匹配时,信号会在传输通道中反射,使合成信号过冲,导致信号在逻辑阈值附近波动。消除反射的基本方法是使传输信号的阻抗匹配良好。由于负载阻抗与传输线的特征阻抗之差越大,反射就越大,因此信号传输线的特征阻抗应尽可能与负载与阻抗相等。同时也要注意PCB上的传输线不能出现突变或拐角,传输线各点阻抗尽量保持连续,否则各段之间会发生反射。传输线。这就要求在进行高速PCB布线时要遵循以下布线规则:
(1) LVDS 接线规则。 LVDS信号需要做差分走线,线宽7mil,线距6mil。
(2)USB接线规则。差分走线需要USB信号,线宽10mil,线距6mil,地线与信号线间距6mil;
(3)HDMI接线规则。需要HDMI信号差分走线,线宽10mil,线距6mil,两组HDM1差分信号每组间距20mil以上。
(4) DDR 接线规则。 DDR1走线要求信号尽量不要穿过孔。信号线宽相等,线与线等距。路由必须满足2W原则,以减少信号之间的串扰。
除了以上提到的设计方法外,工程师在设计PCB信号走线时应尽量避免高速信号走线分支或树桩。高频信号线在地面行走时容易产生较大的电磁辐射。如果在电源和地线之间布线高频信号线,通过电源和底层吸收电磁波产生的辐射会大大减少。综上所述,高频电路往往集成度高,布线密度高。使用多层板是减少干扰的必要和有效手段。在PCB Layout阶段,合理选择某一层印刷电路板尺寸,中间层可以充分利用设置屏蔽,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,但还可以大大减少信号的交叉干扰等,这些方法都有利于高频电路的可靠性。