Diseño electrónico - Diez reglas para el diseño de placas de PCB de alta frecuencia y técnicas de cableado

Diez reglas para el diseño de placas de PCB de alta frecuencia y técnicas de cableado

Si la frecuencia del circuito lógico digital alcanza o supera los 45 MHz a 50 mhz, y el circuito que funciona por encima de esa frecuencia ya ocupa una cierta parte de todo el sistema electrónico (por ejemplo, 1 / 3), generalmente se llama circuito de alta frecuencia.

¡El diseño de la placa de PCB de alta frecuencia es un proceso de diseño muy complejo, ¡ y su cableado es muy importante para todo el diseño!

[primer truco] los circuitos de alta frecuencia de cableado de varias capas a menudo tienen un alto grado de integración y alta densidad de línea de tela. El uso de paneles multicapa no solo es necesario para el cableado, sino que también es un medio eficaz para reducir la interferencia.

En la fase de diseño del pcb, la selección racional del tamaño de la placa impresa con un cierto número de capas permite aprovechar al máximo la capa intermedia para establecer el blindaje, lograr mejor la puesta a tierra más cercana, reducir efectivamente la inducción parasitaria, acortar la longitud de transmisión de la señal y mantener una mayor fiabilidad. todos estos métodos favorecen la fiabilidad de los circuitos de alta frecuencia, como reducir la magnitud de la interferencia cruzada de la señal.

Según los datos, cuando se utiliza el mismo material, el ruido de las placas de cuatro capas es 20 DB menor que el de las placas de doble Cara.

Sin embargo, también hay un problema. Cuanto mayor sea el número de medias capas de pcb, más complejo será el proceso de fabricación y mayor será el costo unitario. Esto requiere que, además de elegir el número adecuado de capas, también seleccionemos PCB con el número adecuado de capas. Planificación razonable del diseño de componentes y uso de las reglas de cableado correctas para completar el diseño.

[segundo truco] cuanto menos se doblan los cables entre los pines de los dispositivos electrónicos de alta velocidad, mejor. Es mejor usar toda la línea recta para los cables del Circuito de alta frecuencia, que requiere rotación. Se pueden usar líneas punteadas de 45 grados o arcos. Este requisito se aplica a los circuitos de baja frecuencia. Solo se utiliza para mejorar la resistencia fija de la lámina de cobre, pero en circuitos de alta frecuencia, cumplir con este requisito puede reducir la emisión externa y el acoplamiento mutuo de señales de alta frecuencia.

[tercer truco] cuanto más corto sea el cable entre los pines de los dispositivos de circuito de alta frecuencia, mejor. La intensidad de radiación de la señal es proporcional a la longitud de la línea de señal. Cuanto más largo sea el cable de la señal de alta frecuencia, más fácil será acercarse a ella para acoplarse. para los cables de señal de alta frecuencia, como relojes de señal, osciladores de cristal, datos ddr, cables lvds, cables USB y cables hdmi, es necesario mantener el rastro lo más corto posible.

[cuarto truco] cuanto menos alternancia de capas de alambre entre los pines de los dispositivos de circuito de alta frecuencia, mejor. La llamada "cuanto menos alternancia de capas de alambre, mejor" se refiere a cuanto menos agujeros a través (via) se utilizan durante la conexión del componente, mejor. En el lado de los datos, un agujero puede traer un capacitor distribuido de aproximadamente 0,5pf. Reducir el número de agujeros puede aumentar significativamente la velocidad y reducir la posibilidad de errores de datos.

[quinto recordatorio] preste atención a la "conversación cruzada" introducida por el cable de señal en el cableado paralelo cercano. El cableado de circuitos de alta frecuencia debe prestar atención a la "conversación cruzada" introducida por el cable de señal en el cableado paralelo cercano. Las conversaciones cruzadas se refieren a líneas de señal que no están conectadas directamente. Fenómeno de acoplamiento.

Debido a que las señales de alta frecuencia se transmiten a lo largo de la línea de transmisión en forma de ondas electromagnéticas, la línea de señal actuará como antena y la energía del campo electromagnético se emitirá alrededor de la línea de transmisión. Debido al acoplamiento mutuo de campos magnéticos y magnéticos, se producirán señales de ruido indeseables entre las señales. Se llama crosstalk.

Los parámetros de la capa de pcb, la distancia entre las líneas de señal, las características eléctricas del extremo de conducción y recepción y el método de conexión final de las líneas de señal tienen un cierto impacto en la conversación cruzada.

Por lo tanto, para reducir la conversación cruzada de señales de alta frecuencia, es necesario hacer lo siguiente en la medida de lo posible al cableado: cuando el espacio de cableado lo permita, inserte un cable de tierra o un plano de tierra entre dos cables eléctricos con conversación cruzada más grave. Desempeñar un papel de aislamiento y reducir las conversaciones cruzadas.

Cuando existe un campo electromagnético variable en el tiempo en el espacio alrededor de la línea de señal, si no se puede evitar la distribución paralela, se puede colocar una gran área de "tierra de tierra" en el lado opuesto de la línea de señal paralela para reducir considerablemente la interferencia.

Si el espacio de cableado lo permite, aumente la distancia entre las líneas de señal adyacentes, reduzca la longitud paralela de las líneas de señal y trate de hacer que las líneas de reloj sean perpendiculares a las líneas de señal de la tecla en lugar de paralelas. Si los rastros paralelos en la misma capa son casi inevitables, las direcciones de los rastros en las dos capas adyacentes deben ser perpendiculares entre sí.

En los circuitos digitales, la señal de reloj habitual es una señal con cambios rápidos de borde, con una alta conversación cruzada externa. Por lo tanto, en el diseño, se recomienda agregar un cable de tierra alrededor del cable del reloj y perforar más agujeros de cable de tierra para reducir la capacidad de distribución y, por lo tanto, reducir las conversaciones cruzadas. Para los relojes de señal de alta frecuencia, trate de utilizar la señal de reloj diferencial de baja tensión y el modo de puesta a tierra del paquete, y preste atención a la integridad de la perforación de puesta a tierra del paquete.

Los terminales de entrada no utilizados no deben colgarse, sino que deben estar conectados a tierra o conectados a la fuente de alimentación (la fuente de alimentación también está conectada a tierra en el circuito de señal de alta frecuencia), ya que la línea colgada puede ser equivalente a una antena de transmisión y la puesta a tierra inhibe la transmisión. La práctica ha demostrado que el uso de este método para eliminar las conversaciones cruzadas a veces puede producir resultados inmediatos.

[sexto truco] añadir condensadores de desacoplamiento de alta frecuencia al pin de alimentación del bloque de circuitos integrados. Añadir un capacitor de desacoplamiento de alta frecuencia al pin de alimentación de cada bloque de circuitos integrados. El aumento del capacitor de desacoplamiento de alta frecuencia del pin de alimentación puede inhibir eficazmente la interferencia de los armónicos de alta frecuencia en el pin de alimentación.

[séptimo truco] la línea de tierra de la señal digital de alta frecuencia y la línea de tierra de la señal analógica deben aislarse. Al conectar el suelo analógico, el suelo digital, etc. al suelo común, conecte o aísle directamente con cuentas magnéticas de estrangulamiento de alta frecuencia y elija la ubicación adecuada. Interconexión de un solo punto.

El potencial de tierra del cable de tierra de la señal digital de alta frecuencia es generalmente inconsistente. A menudo hay una cierta diferencia de voltaje directamente entre los dos. Además, el cable de tierra de la señal digital de alta frecuencia suele contener componentes armónicos de la señal de alta frecuencia muy ricos. Cuando el suelo de la señal digital y el suelo de la señal analógica están conectados directamente, los armónicos de la señal de alta frecuencia interfieren con la señal analógica a través del acoplamiento del suelo.

Por lo tanto, en circunstancias normales, el suelo de la señal digital de alta frecuencia y el suelo de la señal analógica deben aislarse, lo que puede utilizar el método de interconexión de un solo punto en el lugar adecuado o el método de interconexión de gotas magnéticas de estrangulamiento de alta frecuencia.

[octavo truco] evitar el ciclo formado por las huellas. Trate de no formar bucles en varios rastros de señal de alta frecuencia. Si es inevitable, haga que el área de la carretera de circunvalación sea lo más pequeña posible.

[noveno truco] asegúrese de que la resistencia de la señal coincida bien. Durante la transmisión de la señal, cuando la resistencia no coincide, la señal se refleja en el canal de transmisión. La reflexión hará que la señal compuesta forme un exceso de impulso, lo que dará lugar a un exceso de impulso de la señal. Fluctúa cerca del umbral lógico.

La forma fundamental de eliminar la reflexión es emparejar bien la resistencia de la señal transmitida. Debido a que cuanto mayor sea la diferencia entre la resistencia a la carga y la resistencia característica de la línea de transmisión, mayor será el reflejo, por lo que la resistencia característica de la línea de transmisión de señal debe ser lo más igual que la resistencia a la carga.

Al mismo tiempo, tenga en cuenta que la línea de transmisión en el PCB no debe tener mutaciones ni ángulos de rotación, y trate de mantener la resistencia continua de cada punto de la línea de transmisión, de lo contrario se producirán reflejos entre los segmentos de la línea de transmisión.

Esto requiere que durante el proceso de cableado de PCB de alta velocidad, se cumplan las siguientes reglas de cableado: reglas de cableado usb.

Se necesita una línea de distribución de diferencia de señal usb, con un ancho de línea de 10 ml, un espaciamiento de línea de 6 mils y un espaciamiento de línea de tierra y señal de 4 mils.

Reglas de cableado hdmi.

Se requiere un enrutamiento diferencial de señal hdmi, con un ancho de línea de 10 ml y un espaciamiento de línea de 6 mil, con un espaciamiento de más de 20 mil entre cada uno de los dos grupos de pares de señal diferencial hdmi.

Reglas de cableado lvds.

Se requiere una línea de distribución diferencial de señal lvds, con un ancho de línea de 7 mils y un espaciamiento de línea de 6 mils, con el objetivo de controlar la resistencia del par de señal diferencial de HDMI en las reglas de cableado DdR de 100 + - 15% ohm.

El cableado ddr1 requiere que la señal no pase por el agujero en la medida de lo posible, el ancho de la línea de señal es el mismo y el espaciamiento de la línea es el mismo. El cableado debe cumplir con el principio de 2w para reducir la conversación cruzada entre las señales. Para los equipos de alta velocidad DDR2 y superiores, también se necesitan datos de alta frecuencia. La longitud de la línea es igual para garantizar que la resistencia de la señal coincida.

[décimo truco] mantener la integridad de la transmisión de la señal. Mantener la integridad de la transmisión de la señal y evitar el "fenómeno de rebote de la tierra" causado por la División del cable de tierra.

El PCB o la placa de circuito impreso es el portador del circuito electrónico y el último eslabón del diseño del pcb.