Leiterplattentechnisch - Zusammenfassung der PCB-Verdrahtungsfähigkeiten für Hochfrequenzschaltungen

PCB wird auch eine Leiterplatte (Printed Circuit Board) genannt, die die Schaltungsanbindung und Funktionsrealisierung zwischen elektronischen Komponenten realisieren kann, und es ist auch ein wichtiger Teil des Netzteilschaltungsdesigns. Heute werde ich diesen Artikel verwenden, um Hochfrequenzschaltungsverdrahtungstechniken im PCB-Design vorzustellen.

Mehrschichtige Leiterplattenverdrahtung:

Hochfrequenzschaltungen neigen dazu, eine hohe Integration und eine hohe Verdrahtungsdichte zu haben. Die Verwendung von Mehrschichtplatinen ist nicht nur für die Verdrahtung notwendig, sondern auch ein wirksames Mittel, um Störungen zu reduzieren. In der PCB-Layoutphase kann eine vernünftige Auswahl der Leiterplattengröße mit einer bestimmten Anzahl von Schichten die Zwischenschicht vollständig nutzen, um den Schirm einzurichten, die nächste Erdung besser zu realisieren und die parasitäre Induktivität effektiv zu reduzieren und die Signalübertragungslänge zu verkürzen, während immer noch ein großes Maß beibehalten wird. Alle diese Methoden sind vorteilhaft für die Zuverlässigkeit von Hochfrequenzschaltungen, wie die Amplitudenreduktion von Signalquerstörungen. Mit dem gleichen Material ist das Geräusch der vierschichtigen Platte 20dB niedriger als das der doppelseitigen Platte. Es gibt aber auch ein Problem. Je höher die Anzahl der Leiterplattenhälften, desto komplexer ist der Herstellungsprozess und desto höher sind die Stückkosten. Dies erfordert, dass neben der Auswahl der geeigneten Anzahl von Schichten von Leiterplatten, vernünftige Der Layoutplan der Komponenten und Teile und die richtigen Verdrahtungsregeln annehmen, um das Design abzuschließen.

1. Je weniger sich die Leitung zwischen den Stiften elektronischer Hochgeschwindigkeitsgeräte verbiegt, desto besser

Der Führungsdraht der Hochfrequenzschaltkreisverdrahtung ist am besten, eine volle gerade Linie anzunehmen, die gedreht werden muss. Es kann durch eine 45-Grad-Bruchleitung oder einen Kreisbogen gedreht werden. Diese Anforderung wird nur verwendet, um die Fixierungsfestigkeit der Kupferfolie in Niederfrequenzschaltungen zu verbessern, während in Hochfrequenzschaltungen diese Anforderung erfüllt wird. Eine Anforderung kann die externe Emission und gegenseitige Kopplung von Hochfrequenzsignalen reduzieren.

2. Je weniger die Bleischicht zwischen den Pins des Hochfrequenzschaltungsgeräts wechselt, desto besser

Das sogenannte "je weniger der Zwischenschichtwechsel der Leitungen, desto besser" bedeutet, je weniger Vias (Via) im Bauteilverbindungsprozess verwendet werden, desto besser. Ein Durchgang kann eine verteilte Kapazität von 0,5pF bewirken, wodurch die Anzahl der Durchgänge verringert wird, kann die Geschwindigkeit erheblich erhöht und die Möglichkeit von Datenfehlern reduziert werden.

3. Je kürzer die Leitung zwischen den Stiften des Hochfrequenzschaltungsgeräts, desto besser

Die Strahlungsintensität des Signals ist proportional zur Spurenlänge der Signalleitung. Je länger die Hochfrequenz-Signalleitung, desto einfacher ist es, an die Komponenten in der Nähe zu koppeln. Daher müssen Signale wie Takt, Kristalloszillator, DDR-Daten, LVDS-Leitungen, USB-Leitungen, HDMI-Leitungen und andere Hochfrequenz-Signalleitungen so kurz wie möglich sein.

4. Achten Sie auf das "Übersprechen", das durch Signalleitungen parallel mit engen Entfernungen eingeführt wird

Hochfrequenzschaltkreisverdrahtung sollte auf das "Übersprechen" achten, das durch die enge parallele Verlegung von Signalleitungen eingeführt wird. Übersprechen bezieht sich auf das Kopplungsphänomen zwischen Signalleitungen, die nicht direkt verbunden sind. Da Hochfrequenzsignale in Form von elektromagnetischen Wellen entlang der Übertragungsleitung übertragen werden, fungiert die Signalleitung als Antenne, und die Energie des elektromagnetischen Feldes wird um die Übertragungsleitung emittiert. Durch die gegenseitige Kopplung elektromagnetischer Felder zwischen den Signalen entstehen unerwünschte Rauschsignale. Man nennt Crosstalk (Crosstalk). Die Parameter der Leiterplattenschicht, der Abstand der Signalleitungen, die elektrischen Eigenschaften des Antriebs- und Empfangsenden und die Signalleitungsabschlussmethode haben alle einen bestimmten Einfluss auf das Übersprechen. Um das Übersprechen von Hochfrequenzsignalen zu reduzieren, ist es daher erforderlich, bei der Verdrahtung so weit wie möglich Folgendes zu tun:

(1) Wenn der Verdrahtungsraum es zulässt, fügen Sie einen Erdungsdraht oder eine Erdungsebene zwischen die beiden Drähte mit ernsthafterem Übersprechen ein, die eine Rolle der Isolierung spielen und Übersprechen reduzieren können;

(2) Wenn sich im Raum, der die Signalleitung umgibt, ein zeitlich variierendes elektromagnetisches Feld befindet und eine parallele Verteilung nicht vermieden werden kann, kann eine große Fläche von "Masse" auf der gegenüberliegenden Seite der parallelen Signalleitung angeordnet werden, um Störungen stark zu reduzieren;

(3) Unter der Voraussetzung, dass der Verdrahtungsraum es zulässt, erhöhen Sie den Abstand zwischen benachbarten Signalleitungen, verringern Sie die Parallellänge der Signalleitungen und versuchen Sie, die Taktleitung senkrecht zur Schlüsselsignalleitung anstelle von parallel zu machen;

(4) Wenn parallele Verdrahtung in derselben Schicht fast unvermeidbar ist, muss die Verdrahtungsrichtung in zwei benachbarten Schichten senkrecht zueinander sein;

(5) In digitalen Schaltungen sind die üblichen Taktsignale Signale mit schnellen Kantenwechseln, die hohe externe Übersprechen haben. Daher sollte in der Konstruktion die Taktleitung von einem Erdungsdraht umgeben sein und mehr Erdungsdrahtlöcher sollten verwendet werden, um die verteilte Kapazität zu reduzieren und dadurch Übersprechen zu reduzieren;

(6) Versuchen Sie bei Hochfrequenz-Signaluhren, Niederspannungs-differenzielle Taktsignale zu verwenden und den Erdungsmodus zu wickeln und achten Sie auf die Integrität des Erdungsstanzens;

(7) Hängen Sie den nicht verwendeten Eingangsanschluss nicht an, sondern erden Sie ihn oder schließen Sie ihn an die Stromversorgung an (die Stromversorgung ist auch in der Hochfrequenzsignalschleife geerdet), da der baumelnde Draht der Sendeantenne gleichwertig sein kann und Erdung die Übertragung hemmen kann. Die Praxis hat bewiesen, dass die Verwendung dieser Methode zur Beseitigung von Übersprechen manchmal sofortige Ergebnisse bringen kann.

5. Isolieren Sie den Erdungskabel des Hochfrequenz-Digitalsignals und des analogen Signal-Erdungskabels

Wenn der analoge Erdungskabel, der digitale Erdungskabel usw. mit dem öffentlichen Erdungskabel verbunden sind, verwenden Sie hochfrequente Drosselmagnetkugeln, um eine Verbindung herzustellen oder direkt zu isolieren und wählen Sie einen geeigneten Ort für die Einzelpunktverbindung aus. Das Massepotenzial des Massedrahts des Hochfrequenzsignals ist im Allgemeinen inkonsistent. Oft gibt es einen gewissen Spannungsunterschied zwischen den beiden direkt. Darüber hinaus enthält der Massekabel des Hochfrequenzsignals oft sehr reiche harmonische Komponenten des Hochfrequenzsignals. Wenn das digitale Signal-Massedraht und das analoge Signal-Massedraht direkt angeschlossen sind, stören die Oberschwingungen des Hochfrequenzsignals das analoge Signal durch die Massedrahtkopplung. Daher sind unter normalen Umständen der Massedraht des Hochfrequenz-Digitalsignals und der Massedraht des Analogsignals zu isolieren, und ein Ein-Punkt-Verbindungsverfahren kann an einer geeigneten Position verwendet werden, oder ein Verfahren der Hochfrequenz-Drossel-Magnetperlenverbindung kann verwendet werden.

6. Fügen Sie Hochfrequenz-Entkopplungskondensator zum Stromversorgungsstift des integrierten Schaltungsblocks hinzu

Ein Hochfrequenz-Entkopplungskondensator wird dem Stromversorgungsstift jedes integrierten Schaltungsblocks in der Nähe hinzugefügt. Die Erhöhung des Hochfrequenz-Entkopplungskondensators des Netzteilstifts kann die Interferenz von Hochfrequenzschwingungen auf dem Netzteilstift effektiv unterdrücken.

7. Vermeiden Sie Schleifen, die durch Verdrahtung gebildet werden

Alle Arten von hochfrequenten Signalspuren sollten keine Schleife so weit wie möglich bilden. Wenn es unvermeidbar ist, sollte der Schleifenbereich so klein wie möglich sein.

8. Gute Signalimpedanzanpassung muss garantiert werden

Wenn die Impedanz im Prozess der Signalübertragung nicht übereinstimmt, wird das Signal im Übertragungskanal reflektiert, und die Reflexion bewirkt, dass das synthetisierte Signal einen Überschuss bildet, wodurch das Signal in der Nähe der Logikschwelle schwankt.

Der grundlegende Weg, Reflexion zu beseitigen, besteht darin, die Impedanz des Übertragungssignals gut anzupassen. Da je größer der Unterschied zwischen der Lastimpedanz und der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung, desto größer die Reflexion, so sollte die charakteristische Impedanz der Signalübertragungsleitung so weit wie möglich der Lastimpedanz gleich gemacht werden. Achten Sie gleichzeitig auf die Übertragungsleitung auf der Leiterplatte ohne plötzliche Änderungen oder Ecken und versuchen Sie, die Impedanz jedes Punktes der Übertragungsleitung kontinuierlich zu halten, sonst gibt es Reflexionen zwischen den verschiedenen Abschnitten der Übertragungsleitung. Dies erfordert, dass bei der Hochgeschwindigkeits-Leiterplattenverkabelung die folgenden Verdrahtungsregeln beachtet werden müssen:

(1) LVDS-Verdrahtungsregeln. Erfordert LVDS-Signaldifferenzrouting, Linienbreite 7mil, Linienabstand 6mil, der Zweck ist, die Differenzsignalimpedanz von HDMI zu 100+-15% ohm zu steuern;

(2) USB-Verdrahtungsregeln. Erfordert USB-Signal differenzielles Routing, Linienbreite 10mil, Linienabstand 6mil, Erdungslinie und Signalleitungsabstand 6mil;

(3) HDMI-Verdrahtungsregeln. HDMI-Signaldifferenzrouting ist erforderlich, die Linienbreite ist 10mil, der Linienabstand ist 6mil, und der Abstand zwischen den beiden Sets von HDMI-Differenzsignalpaaren übersteigt 20mil;

(4) DDR-Verdrahtungsregeln. DDR1-Spuren erfordern, dass Signale nicht so weit wie möglich durch Löcher gehen, Signalleitungen sind von gleicher Breite und Leitungen sind gleichmäßig verteilt. Die Leiterbahnen müssen dem 2W-Prinzip entsprechen, um Übersprechen zwischen Signalen zu reduzieren. Für Hochgeschwindigkeitsgeräte von DDR2 und höher sind auch hochfrequente Daten erforderlich. Die Leitungen sind gleich lang, um die Impedanzanpassung des Signals zu gewährleisten.

Halten Sie die Integrität der Signalübertragung aufrecht und verhindern Sie das "Ground Bounce Phänomen", das durch Ground Splitting verursacht wird.