Mikrowellen-Technik - Überlegungen zum Design von Leiterplatten mit hoher Frequenz und hoher Dichte

Die aktuellen Geräte entwickeln sich in Richtung hoher Geschwindigkeit, niedrigem Stromverbrauch, kleiner Größe und hoher Interferenzsicherheit. PCB-Design ist eine wichtige Phase des elektronischen Produktdesigns. Es kann die Verbindung und Funktion zwischen elektronischen Komponenten realisieren, und es ist auch ein wichtiger Teil des Stromversorgungsschaltungsentwurfs. Hochfrequenzschaltungen haben eine höhere Integration und eine höhere Layoutdichte, daher ist es sehr wichtig, wie man das Layout für Hochgeschwindigkeits- und High-Density-Motherboards vernünftiger und wissenschaftlicher macht.

Überlegungen zum Design von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten

Beim Entwerfen elektrischer Schaltpläne sollten mehrere funktionale Modulplatinen entsprechend den strukturellen Anforderungen und der funktionalen Aufteilung verwendet werden, und die physikalische Größe und Installationsmethode jeder funktionalen Leiterplatte sollten bestimmt werden. Die Bequemlichkeit der Fehlersuche und Wartung, Abschirmung, Wärmeableitung und EMI-Leistung sollte auch berücksichtigt werden.

Bei der Planung des Layouts müssen Sie den Layoutplan bestimmen, wie Schlüsselkreise, Signalleitungen, Details der Verdrahtungsmethode und Verdrahtungsprinzipien, die befolgt werden müssen. Durch die Inspektion, Analyse und Modifikation mehrerer Schritte im PCB-Designprozess. Und nachdem der gesamte Layoutprozess abgeschlossen ist, ist es kein Problem, die umfassenden Regeln vor der weiteren Gestaltung zu überprüfen.

Über mehrschichtiges PCB Layout Design:

Hochfrequenzschaltungen sind in der Regel hoch integriert und haben ein hochdichtes Verdrahtungsdesign. Daher ist der Einsatz von Mehrschichtplatinen hauptsächlich ein notwendiges und wirksames Mittel, um Interferenzen zu reduzieren. In der PCB-Layoutphase ist es notwendig, die Größe und Anzahl der Schichten der Platine vernünftig zu planen, so dass die Zwischenschicht vollständig für das Design verwendet werden kann, die nicht nur Erdungsbehandlung durchführen kann, parasitäre Induktivität effektiv reduzieren, die Signalübertragungslänge verkürzen kann, sondern auch das Signal und andere Faktoren erheblich reduzieren kann. Kreuzinterferenz und andere Vorteile, die oben genannten Methoden sind förderlich für das Zuverlässigkeitsdesign von Hochfrequenzschaltungen. Selbst wenn das gleiche Blattmaterial verwendet wird, ist das Geräusch der vierschichtigen Platte 20dB niedriger als das der doppelseitigen Platte. Es gibt jedoch auch ein Problem,das heißt, je mehr Leiterplattenschichten, desto komplexer der Herstellungsprozess und desto höher die Kosten. Dies erfordert, dass im PCB-Layout neben der Auswahl der geeigneten Anzahl von PCB-Schichten auch ein angemessenes Bauteillayout durchgeführt werden sollte. Planen und verwenden Sie geeignete Verdrahtungsregeln, um das Design abzuschließen.

Die folgenden acht Punkte werden rund um das Design des mehrschichtigen PCB-Layouts ausgearbeitet:

Mehrschichtiges PCB Layout Design

1.Je weniger Querleitungen von Stiften zwischen Hochfrequenzschaltungsschichten, desto besser.

Das bedeutet, je weniger Via in der Verbindung verwendet wird, desto besser. Der Grund ist, dass Via eine verteilte Kapazität von 0,5pF erzeugen kann, und die Verringerung der Anzahl von Via kann die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen und die Möglichkeit von Datenfehlern verringern.

2.Je kürzer die Leitung zwischen den Stiften der Hochfrequenzschaltung, desto besser.

Die Strahlungsintensität des Signals ist proportional zur Verdrahtungslänge der Signalleitung. Je länger die Hochfrequenz-Signalverdrahtung ist, desto einfacher ist es, an seine Geräte zu koppeln. Daher gilt für Hochfrequenzsignalleitungen wie Signaltakt, Kristalloszillator, DDR-Daten, LVDS, USB und HDMI, je kürzer die Verdrahtungslänge, desto besser, und wenn Platz vorhanden ist, muss es verpackt werden.

3.In hochfrequenten elektronischen Geräten, je kleiner die Biegung der Verdrahtung zwischen den Stiften, desto besser.

Es ist am besten, eine gerade Linie für Hochfrequenzdrahtleitungen zu verwenden. Wenn Sie biegen müssen, können Sie 45-Grad-Routing oder Lichtbogenführung verwenden. Diese Anforderung wird nur verwendet, um die Haftfestigkeit von Kupferfolie in Niederfrequenzschaltungen und in Hochfrequenzschaltungen zu verbessern, wobei die Erfüllung dieser Anforderung Reflexions- und Kopplungsstörungen zwischen Hochfrequenzsignalen reduzieren kann.

4.Achten Sie auf das "Übersprechen", das durch die Signalleitungen in paralleler Verdrahtung und in engen Abständen eingeführt wird.

Bei der Hochfrequenzschaltung sollte auf das "Übersprechen" geachtet werden, das durch parallele Signalleitungen in engen Entfernungen eingeführt wird. Übersprechen bezieht sich auf das Kopplungsphänomen zwischen Signalleitungen, die nicht direkt verbunden sind. Da Hochfrequenzsignale entlang der Übertragungsleitung in Form von elektromagnetischen Wellen übertragen werden, fungiert die Signalleitung als Antenne, und die Energie des elektromagnetischen Feldes wird um die Übertragungsleitung emittiert. Durch die Kopplung elektromagnetischer Felder werden unerwünschte Rauschsignale zwischen Signalen als Übersprechen bezeichnet. Die Parameter der Leiterplattenschicht, der Abstand der Signalleitungen, die elektrischen Eigenschaften der Sende- und Empfangsklemmen und die Verbindungsmethode der Signalleitungen haben alle einen bestimmten Einfluss auf das Übersprechen. daher,

(1) Wenn es ein ernstes Übersprechen zwischen zwei Drähten gibt, wenn der Verdrahtungsraum es zulässt, können Sie einen Erdungskabel oder eine Erdungsebene zwischen den beiden Drähten einfügen, die eine Rolle in der Isolierung spielen und Übersprechen reduzieren können.

(2) Wenn der Raum um die Signalleitung selbst ein variables elektromagnetisches Feld hat, wenn parallele Verteilung nicht vermieden werden kann, kann eine große Fläche "Masse" auf der anderen Seite der parallelen Signalleitung eingestellt werden, die Störungen erheblich reduzieren kann.

(3) Unter der Voraussetzung eines ausreichenden Verdrahtungsraums kann der Raum zwischen benachbarten Signalleitungen vergrößert und die parallele Länge von Signalleitungen reduziert werden. Die Taktleitung sollte senkrecht zur Schlüsselsignalleitung anstelle von parallel sein.

(4) Wenn parallele Linien in derselben Schicht fast unvermeidlich sind, müssen sie in benachbarten Schichten senkrecht zueinander stehen.

(5) In digitalen Schaltungen ist das übliche Taktsignal ein schnelles Kantenwechselsignal, und das externe Übersprechen ist sehr groß. Daher wird im Design empfohlen, dass die Taktleitung geerdet wird und mehr Platz für die Erdungsleitung macht, um verteilte Kapazität zu reduzieren, wodurch Übersprechen reduziert wird.

(6) Die Hochfrequenz-Signaluhr sollte Niederspannungs-differenzielle Taktsignale so viel wie möglich verwenden und auf die Integrität der Perforation achten.

(7) Hängen Sie den leeren Fuß nicht auf, sondern erden Sie oder schließen Sie ihn an die Stromversorgung an, da der Aufhängungsdraht der Sendeantenne gleichwertig sein kann, und die Erdung die Übertragung hemmen kann und so weiter.

5. Hochfrequentes digitales Signal-Erdungskabel und analoges Signal-Erdungskabel sollten isoliert werden.

Wenn Sie den analogen Erdungskabel, den digitalen Erdungskabel usw. an den gemeinsamen Erdungskabel anschließen, verwenden Sie Hochfrequenz-Drosselmagnetkugeln, um den Anschluss zu verbinden oder direkt zu isolieren und wählen Sie die entsprechende Einpunktverbindung aus. Die hochfrequenten digitalen Signale des Erdungspotenzials des Erdungskabels sind inkonsistent, und es gibt einen Gleichspannungsunterschied zwischen den beiden, und der hochfrequente digitale Signal-Erdungskabel enthält oft viel. Bei direkter Verbindung mit dem digitalen Signal werden das Hochfrequenzsignal geerdete Oberschwingungskomponentensignal und das Analogsignal geerdet. Hochfrequente Signaloberwellen werden mit der Störung analoger Signale über Masse gekoppelt. Daher sollten unter normalen Umständen der Erdungskabel des Hochfrequenz-Digitalsignals und der Erdungskabel des Analogsignals isoliert werden, um Übersprechen zwischen der digitalen Masse und der analogen Masse zu vermeiden.

6. Erhöhen Sie den Hochfrequenz-Entkopplungskondensator des Netzteilstifts des IC-Moduls.

Fügen Sie Hochfrequenz-Entkopplungskondensatoren in der Nähe der Stromversorgungspins jedes IC-Moduls hinzu. Die Erhöhung des Hochfrequenz-Entkopplungskondensators des Netzteilstifts des IC-Moduls kann die Interferenz von Hochfrequenz-Oberschwingungen auf dem Netzteilstift effektiv unterdrücken.

7. Vermeiden Sie Schlaufen bei der Verkabelung.

Bei der Verdrahtung sollten verschiedene Hochfrequenzsignale keine Schleife bilden. Wenn es unvermeidbar ist, sollte der Schleifenbereich so klein wie möglich sein.

8. Das Schlüsselsignal muss Impedanzanpassungsanforderungen sicherstellen.

Wenn die Impedanz im Übertragungsprozess nicht übereinstimmt, wird das Signal im Übertragungskanal reflektiert, was dazu führt, dass das synthetisierte Signal überschreitet, wodurch das Signal in der Nähe des Logikschwellens schwankt. Die grundlegende Methode zur Beseitigung von Reflexionen besteht darin, die Impedanz des übertragenen Signals gut anzupassen. Da der Unterschied zwischen der Lastimpedanz und der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung groß ist und die Reflexion groß ist, sollte die charakteristische Impedanz der Signalübertragungsleitung so gleich wie möglich der Last und Impedanz sein. Gleichzeitig sollte angemerkt werden, dass sich die Übertragungsleitung auf der Leiterplatte nicht plötzlich ändern oder in Kurve gehen kann und die Impedanz zwischen den Punkten der Übertragungsleitung so kontinuierlich wie möglich halten kann, andernfalls gibt es Reflexionen zwischen jedem Abschnitt der Übertragungsleitung. Dies muss die folgenden Verdrahtungsregeln befolgen, wenn Sie Hochgeschwindigkeits-Leiterplattenverkabelung durchführen:

(1) LVDS-Verdrahtungsregeln. LVDS-Signale müssen differenziert geführt werden, mit einer Linienbreite von 7 Mio und einem Linienabstand von 6 Mio.

(2) USB-Verdrahtungsregeln. Differenzverdrahtung erfordert USB-Signale, die Linienbreite ist 10mil, der Linienabstand ist 6mil, und der Erdungs- und Signallinienabstand ist 6mil;

(3) HDMI-Verdrahtungsregeln. HDMI-Signal-Differenzverdrahtung ist erforderlich, die Leitungsbreite ist 10mil, der Leitungsabstand ist 6mil, und der Abstand zwischen den beiden Sets von HDM1-Differenzsignalen übersteigt 20mil.

(4) DDR-Verdrahtungsregeln. DDR-Verdrahtung erfordert, dass Signale nicht so weit wie möglich gestanzt werden. Die Signalleitungen haben die gleiche Breite, und die Linien sind gleichmäßig verteilt. Die Verdrahtung muss dem 3W-Prinzip entsprechen, um Übersprechen zwischen Signalen zu reduzieren.

Reduzieren Sie Übersprechen zwischen Signalen

Zusätzlich zu den oben genannten Konstruktionsmethoden sind hochfrequente Signale anfällig für große elektromagnetische Strahlung, wenn sie geroutet werden. Ingenieure sollten versuchen, Hochgeschwindigkeitssignalverzweigungen oder Baumstumpfverdrahtung beim Verdrahten der Leiterplatte zu vermeiden. Wenn die Hochfrequenzsignalleitung zwischen der Stromversorgung und dem Boden verbunden ist, wird die Strahlung, die durch die elektromagnetische Welle erzeugt wird, die von der Stromversorgung und der unteren Schicht absorbiert wird, stark reduziert. Kurzum: Hochfrequenzschaltungen weisen meist einen hohen Integrationsgrad und eine hohe Verdrahtungsdichte auf. Der Einsatz von Mehrschichtplatinen ist ein notwendiges und wirksames Mittel, um Interferenzen zu reduzieren. In der PCB-Layoutphase sollte die Größe einer bestimmten Leiterplattenschicht vernünftig ausgewählt werden, und die mittlere Schicht kann vollständig verwendet werden, um den Schirm einzustellen und besser nahe der Erdungsebene zu erreichen.