經驗分享:8種PCB設計中的高頻電路布線技巧
發布時間:2015-02-16 責任編輯:sherryyu
【導讀】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)。
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。
1、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。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。
2、高頻電路器件管腳間的引線越短越好
xinhaodefusheqiangdushihexinhaoxiandezouxianchangduchengzhengbide,gaopindexinhaoyinxianyuechang,tajiuyuerongyiouhedaokaojintadeyuanqijianshangqu,suoyiduiyuzhuruxinhaodeshizhong、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。
3、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。
4、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、驅qu動dong端duan和he接jie收shou端duan的de電dian氣qi特te性xing以yi及ji信xin號hao線xian端duan接jie方fang式shi對dui串chuan擾rao都dou有you一yi定ding的de影ying響xiang。所suo以yi為wei了le減jian少shao高gao頻pin信xin號hao的de串chuan擾rao,在zai布bu線xian的de時shi候hou要yao求qiu盡jin可ke能neng的de做zuo到dao以yi下xia幾ji點dian:
(1)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;
(2)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;
(3)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;
(4)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;
(5)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);
(6)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;
(7)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。
5、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)。
6、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。
7、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。
8、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:
(1)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;
(2)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;
(3)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;
(4)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。
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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