降低PCB互連設計RF效應小技巧
發布時間:2013-07-10 責任編輯:eliane
【導讀】本文將介紹電路板係統的芯片到電路板、PCB板內互連以及PCB與外部器件之間的三類互連設計的各種技巧,包括器件安裝、布線的隔離以及減少引線電感的措施等,以幫助設計師最大程度降低PCB互連設計中的RF效應。
電路板係統的互連包括:芯片到電路板、PCB板內互連以及PCB與外部器件之間的三類互連。在RF設計中,互連點處的電磁特性是工程設計麵臨的主要問題之一,本文介紹上述三類互連設計的各種技巧,內容涉及器件安裝方法、布線的隔離以及減少引線電感的措施等等。
目前有跡象表明,印刷電路板設計的頻率越來越高。隨著數據速率的不斷增長,數據傳送所要求的帶寬也促使信號頻率上限達到1GHz,甚至更高。這種高頻信號技術雖然遠遠超出毫米波技術範圍(30GHz),但的確也涉及RF和低端微波技術。
RF工程設計方法必須能夠處理在較高頻段處通常會產生的較強電磁場效應。這些電磁場能在相鄰信號線或PCB線上感生信號,導致令人討厭的串擾(幹擾及總噪聲),並且會損害係統性能。回損主要是由阻抗失配造成,對信號產生的影響如加性噪聲和幹擾產生的影響一樣。
高回損有兩種負麵效應:
1.信號反射回信號源會增加係統噪聲,使接收機更加難以將噪聲和信號區分開來;
2.任何反射信號基本上都會使信號質量降低,因為輸入信號的形狀出現了變化。
盡管由於數字係統隻處理1和0xinhaobingjuyoufeichanghaoderongcuoxing,danshigaosumaichongshangshengshichanshengdexiebohuidaozhipinlvyuegaoxinhaoyueruo。jinguanqianxiangjiucuojishukeyixiaochuyixiefumianxiaoying,danshixitongdebufendaikuanyongyuchuanshurongyushuju,congerdaozhixitongxingnengdejiangdi。yigejiaohaodejiejuefanganshirangRF效應有助於而非有損於信號的完整性。建議數字係統最高頻率處(通常是較差數據點)的回損總值為-25dB,相當於VSWR為1.1。
PCB設計的目標是更小、更快和成本更低。對於RFPCB而言,高速信號有時會限製PCB設計的小型化。目前,解決串擾問題的主要方法是進行接地層管理,在布線之間進行間隔和降低引線電感(studcapacitance)。jiangdihuisundezhuyaofangfashijinxingzukangpipei。cifangfabaokuoduijueyuancailiaodeyouxiaoguanliyijiduiyouyuanxinhaoxianhedixianjinxinggeli,youqizaizhuangtaifashengtiaobiandexinhaoxianhedizhijiangengyaojinxingjiange。
由於互連點是電路鏈上最為薄弱的環節,在RF設計中,互連點處的電磁性質是工程設計麵臨的主要問題,要考察每個互連點並解決存在的問題。電路板係統的互連包括芯片到電路板、PCB板內互連以及PCB與外部裝置之間信號輸入/輸出等三類互連。
一、芯片到PCB板間的互連
Pentium IV以及包含大量輸入/輸出互連點的高速芯片已經麵世。就芯片本身而言,其性能可靠,並且處理速率已經能夠達到1GHz。在最近GHz互連研討會上,最令人激動之處在於:處理I/O數量和頻率不斷增長問題的方法已經廣為人知。芯片與PCB互連的最主要問題是互連密度太高會導致PCBcailiaodejibenjiegouchengweixianzhihulianmiduzengchangdeyinsu。huiyishangtichuleyigechuangxindejiejuefangan,jicaiyongxinpianneibudebendiwuxianfasheqijiangshujuchuansongdaolinjindedianlubanshang。wuluncifanganshifouyouxiao,yuhuirenyuandoufeichangqingchu:就高頻應用而言,IC設計技術已遠遠領先於PCB設計技術。
二、PCB板內互連
進行高頻PCB設計的技巧和方法如下:
1. 傳輸線拐角要采用45°角,以降低回損(圖1);

圖1:高頻PCB設計的技巧:傳輸拐角采用45°角
2. 要采用絕緣常數值按層次嚴格受控的高性能絕緣電路板。這種方法有利於對絕緣材料與鄰近布線之間的電磁場進行有效管理。
3. 要完善有關高精度蝕刻的PCB設計規範。要考慮規定線寬總誤差為+/-0.0007英寸、對布線形狀的下切(undercut)和橫斷麵進行管理並指定布線側壁電鍍條件。對布線(導線)幾何形狀和塗層表麵進行總體管理,對解決與微波頻率相關的趨膚效應問題及實現這些規範相當重要。
4. 突出引線存在抽頭電感,要避免使用有引線的組件。高頻環境下,最好使用表麵安裝組件。
5. 對信號過孔而言,要避免在敏感板上使用過孔加工(pth)工藝,因為該工藝會導致過孔處產生引線電感。如一個20層板上的一個過孔用於連接1至3層時,引線電感可影響4到19層。
6. 要提供豐富的接地層。要采用模壓孔將這些接地層連接起來防止3維電磁場對電路板的影響。
7. 要選擇非電解鍍鎳或浸鍍金工藝,不要采用HASL法進行電鍍。這種電鍍表麵能為高頻電流提供更好的趨膚效應(圖2)。此外,這種高可焊塗層所需引線較少,有助於減少環境汙染。

圖2:高頻PCB設計的技巧:趨膚效應
8. 阻(zu)焊(han)層(ceng)可(ke)防(fang)止(zhi)焊(han)錫(xi)膏(gao)的(de)流(liu)動(dong)。但(dan)是(shi),由(you)於(yu)厚(hou)度(du)不(bu)確(que)定(ding)性(xing)和(he)絕(jue)緣(yuan)性(xing)能(neng)的(de)未(wei)知(zhi)性(xing),整(zheng)個(ge)板(ban)表(biao)麵(mian)都(dou)覆(fu)蓋(gai)阻(zu)焊(han)材(cai)料(liao)將(jiang)會(hui)導(dao)致(zhi)微(wei)帶(dai)設(she)計(ji)中(zhong)的(de)電(dian)磁(ci)能(neng)量(liang)的(de)較(jiao)大(da)變(bian)化(hua)。一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)焊(han)壩(ba)(solderdam)來作阻焊層。
ruguonibushuxizhexiefangfa,kexiangzengcongshiguojunyongweibodianlubanshejidejingyanfengfudeshejigongchengshizixun。nihaiketongtamentaolunyixianisuonengchengshoudejiagefanwei。liru,caiyongbeimianfutonggongmian(copper-backedcoplanar)微wei帶dai設she計ji比bi帶dai狀zhuang線xian設she計ji更geng為wei經jing濟ji,你ni可ke就jiu此ci同tong他ta們men進jin行xing討tao論lun以yi便bian得de到dao更geng好hao的de建jian議yi。優you秀xiu的de工gong程cheng師shi可ke能neng不bu習xi慣guan考kao慮lv成cheng本ben問wen題ti,但dan是shi其qi建jian議yi也ye是shi相xiang當dang有you幫bang助zhu的de。現xian在zai要yao盡jin量liang對dui那na些xie不bu熟shu悉xiRF效應、缺乏處理RF效應經驗的年輕工程師進行培養,這將會是一項長期工作。
此外,還可以采用其他解決方案,如改進計算機型,使之具備RF效應處理能力。
三、PCB與外部裝置互連
現在可以認為我們解決了板上以及各個分立組件互連上的所有信號管理問題。那麼怎麼解決從電路板到連接遠端器件導線的信號輸入/輸出問題呢?同軸電纜技術的創新者TrompeterElectronics公司正致力於解決這個問題,並已經取得一些重要進展(圖3)。 另外,看一下圖4中zhong給gei出chu的de電dian磁ci場chang。這zhe種zhong情qing況kuang下xia,我wo們men管guan理li著zhe微wei帶dai到dao同tong軸zhou電dian纜lan之zhi間jian的de轉zhuan換huan。在zai同tong軸zhou電dian纜lan中zhong,地di線xian層ceng是shi環huan形xing交jiao織zhi的de,並bing且qie間jian隔ge均jun勻yun。在zai微wei帶dai中zhong,接jie地di層ceng在zai有you源yuan線xian之zhi下xia。這zhe就jiu引yin入ru了le某mou些xie邊bian緣yuan效xiao應ying,需xu在zai設she計ji時shi了le解jie、預測並加以考慮。當然,這種不匹配也會導致回損,必須最大程度減小這種不匹配以避免產生噪音和信號幹擾。


圖3、4:PCB與外部裝置互連技巧
dianlubanneizukangwentideguanlibingbushiyigekeyihulvedeshejiwenti。zukangcongdianlubanbiaocengkaishi,ranhoutongguoyigehandiandaojietou,zuihouzhongjieyutongzhoudianlanchu。youyuzukangsuipinlvbianhua,pinlvyuegao,zukangguanliyuenan。zaikuandaishangcaiyonggenggaopinlvlaichuanshuxinhaodewentikanlaishishejizhongmianlindezhuyaowenti。
相關閱讀:
詳解ESD防護關鍵要素:合理的PCB布線準則
http://0-fzl.cn/cp-art/80020439
PCB連接器設計抗ESD的方法介紹
http://0-fzl.cn/connect-art/80010325
使用采樣示波器對PCB進行串擾分析
http://0-fzl.cn/connect-art/80014797
特別推薦
- 噪聲中提取真值!瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行!氮矽科技發布集成驅動GaN芯片,助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%!力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電!聖邦微電子發布雙輸出電源芯片,簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端:金升陽推出1200W可編程電源,賦能高端裝備製造
技術文章更多>>
- 1200餘家企業齊聚深圳,CITE2026打造電子信息產業創新盛宴
- 掌握 Gemini 3.1 Pro 參數調優的藝術
- 築牢安全防線:電池擠壓試驗機如何為新能源產業護航?
- Grok 4.1 API 實戰:構建 X 平台實時輿情監控 Agent
- 電源芯片國產化新選擇:MUN3CAD03-SF助力物聯網終端“芯”升級
技術白皮書下載更多>>
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
車道校正
車身控製
車載以太網
車載娛樂
充電
充電電池
充電器
充電樁
觸控屏
觸控顯示
觸摸開關
傳感技術
傳感器
傳感器模塊
船型開關
串聯電阻公式
創智成
磁傳感器
磁環電感
磁敏三極管
磁性存儲器
磁性元件
磁珠電感
存儲器
大功率管
單向可控矽
刀開關
等離子顯示屏
低頻電感
低通濾波器



