Conception électronique - Dix règles pour la conception de cartes PCB haute fréquence et des conseils de câblage

Dix règles pour la conception de cartes PCB haute fréquence et des conseils de câblage

Si la fréquence d'un circuit logique numérique atteint ou dépasse 45 MHz ~ 50 MHz et que les circuits fonctionnant au - dessus de cette fréquence occupent déjà une certaine part (par exemple, 1 / 3) de l'ensemble du système électronique, on parle généralement de circuit haute fréquence.

La conception d'une carte PCB haute fréquence est un processus de conception très complexe et son câblage est très important pour toute la conception!

[première astuce] les circuits haute fréquence de câblage de carte multicouche ont tendance à avoir un haut degré d'intégration et une densité de câblage élevée. L'utilisation de plaques multicouches n'est pas seulement nécessaire pour le câblage, c'est aussi un moyen efficace de réduire les interférences.

Dans la phase de mise en page PCB, un choix raisonnable de la taille de la plaque d'impression avec un certain nombre de couches, peut pleinement utiliser la couche intermédiaire pour définir le blindage, mieux réaliser la mise à la terre la plus proche, réduire efficacement l'inductance parasite, raccourcir la longueur de transmission du signal, Toutes ces méthodes favorisent la fiabilité des circuits haute fréquence, comme la réduction de l'amplitude des interférences croisées des signaux.

Selon les données, le bruit d'un panneau à quatre couches est inférieur de 20 dB à celui d'un panneau double face lorsque le même matériau est utilisé.

Cependant, il y a aussi un problème. Plus le nombre de demi - couches de PCB est élevé, plus le processus de fabrication est complexe et plus le coût unitaire est élevé. Cela nous oblige à choisir un PCB avec le bon nombre de couches en plus du bon nombre de couches. Planification rationnelle de la disposition des éléments et utilisation des règles de câblage correctes pour compléter la conception.

[deuxième astuce] moins les fils sont pliés entre les broches de l'électronique à grande vitesse, mieux c'est. Il est préférable d'utiliser une ligne droite complète pour le câblage du circuit haute fréquence, qui doit être tournée. Des lignes pointillées ou des arcs de cercle de 45 degrés peuvent être utilisés. Cette exigence s'applique aux circuits basse fréquence. Il est utilisé uniquement pour améliorer la résistance fixe de la Feuille de cuivre, mais dans les circuits haute fréquence, le respect de cette exigence peut réduire l'émission externe et le couplage mutuel des signaux haute fréquence.

[troisième astuce] plus les broches entre les broches du circuit haute fréquence sont courtes, mieux c'est. L'intensité de rayonnement du signal est proportionnelle à la longueur de la ligne de signal. Plus le fil du signal haute fréquence est long, plus il est facile de le coupler à proximité. Pour les lignes de signal haute fréquence telles que les horloges de signal, les oscillateurs à cristal, les données DDR, les lignes LVDS, les lignes USB, les lignes HDMI, etc., il est nécessaire de garder les traces aussi courtes que possible.

[quatrième astuce] moins il y a d'alternance de couches de fils entre les broches du dispositif de circuit haute fréquence, mieux c'est. Par « moins il y a d'alternance de couches de plomb, mieux c'est », on entend que moins il y a de porosités (porosités) utilisées lors de la connexion des éléments, mieux c'est. Du côté des données, un via peut apporter une capacité distribuée d'environ 0,5 PF. Réduire le nombre de trous excessifs peut augmenter considérablement la vitesse et réduire le risque d'erreurs de données.

[cinquième astuce] Notez la "diaphonie" introduite par les lignes de signal dans le câblage parallèle serré. Câblage du circuit haute fréquence il convient de noter la "diaphonie" introduite par les lignes de signal dans le câblage parallèle serré. La diaphonie fait référence à une ligne de signal sans connexion directe. Phénomène de couplage.

Comme les signaux à haute fréquence sont transmis le long de la ligne de transmission sous forme d'ondes électromagnétiques, la ligne de signal agira comme une antenne et l'énergie du champ électromagnétique sera émise autour de la ligne de transmission. Du fait du couplage mutuel des champs électromagnétiques, un signal de bruit indésirable est généré entre les signaux. Appelé diaphonie.

Les paramètres de la couche PCB, l'espacement des lignes de signal, les caractéristiques électriques des extrémités motrice et réceptrice et la méthode de terminaison des lignes de signal ont tous une certaine influence sur la diaphonie.

Ainsi, pour réduire la diaphonie des signaux haute fréquence, il est nécessaire de faire ce qui suit autant que possible lors du câblage: insérer un fil de masse ou un plan de masse entre deux fils dont la diaphonie est plus importante, lorsque l'espace de câblage le permet. Joue un rôle d'isolation, réduit la diaphonie.

Lorsque le champ électromagnétique varie lorsqu'il est présent dans l'espace autour de la ligne de signal, si la distribution parallèle ne peut être évitée, une grande surface de « masse » peut être disposée en regard de la ligne de signal parallèle pour réduire considérablement les perturbations.

Si l'espace de câblage le permet, augmentez l'espacement entre les lignes de signal adjacentes, réduisez la longueur parallèle des lignes de signal et essayez de rendre les lignes d'horloge perpendiculaires aux lignes de signal critiques plutôt que parallèles. Si des traces parallèles dans une même couche sont presque inévitables, les directions des traces doivent être perpendiculaires entre elles dans deux couches adjacentes.

Dans les circuits numériques, les signaux d'horloge usuels sont des signaux à changement de bord rapide, qui ont une diaphonie externe élevée. Par conséquent, dans la conception, il est recommandé d'entourer la ligne d'horloge avec un fil de masse et de percer plus de trous de fil de masse pour réduire la capacité de distribution et donc moins de diaphonie. Pour l'horloge de signal à haute fréquence, essayez d'utiliser le signal d'horloge différentiel à basse tension et le mode de mise à la terre enveloppante, et faites attention à l'intégrité du poinçon de mise à la terre de l'emballage.

Les entrées inutilisées ne doivent pas être suspendues, mais être mises à la terre ou connectées à une source d'alimentation (l'alimentation est également mise à la terre dans une boucle de signal haute fréquence), car la ligne suspendue peut être équivalente à une antenne d'émission et la mise à la terre supprime l'émission. La pratique a prouvé que l'élimination de la diaphonie avec cette méthode peut parfois être immédiate.

[sixième astuce] ajoutez un condensateur de découplage haute fréquence sur la broche d'alimentation du bloc de circuit intégré. Un condensateur de découplage haute fréquence est ajouté à la broche d'alimentation de chaque bloc de circuit intégré. Augmenter le condensateur de découplage haute fréquence de la broche d'alimentation, peut inhiber efficacement l'interférence des harmoniques haute fréquence sur la broche d'alimentation.

[septième astuce] la ligne de terre du signal numérique haute fréquence et la ligne de terre du signal analogique doivent être isolées. Lors de la connexion d'une ligne de terre analogique, d'une ligne de terre numérique, etc. à une ligne de terre commune, utilisez des perles magnétiques à haute fréquence pour la connexion ou l'isolation directe et choisissez un emplacement approprié. Interconnexion à point unique.

Le potentiel de masse de la ligne de masse du signal numérique haute fréquence est généralement incohérent. Il y a généralement une certaine différence de tension directement entre les deux. De plus, la ligne de masse du signal numérique haute fréquence contient généralement une composante harmonique très riche du signal haute fréquence. Lorsque la ligne de masse du signal numérique et la ligne de masse du signal analogique sont connectées directement, les harmoniques du signal haute fréquence interfèrent avec le signal analogique par couplage de la ligne de masse.

Ainsi, dans des conditions normales, la ligne de masse du signal numérique haute fréquence et la ligne de masse du signal analogique doivent être isolées, soit par la méthode de l'interconnexion en un seul point à un endroit approprié, soit par la méthode de l'interconnexion de billes magnétiques à haute fréquence.

[huitième astuce] Évitez les boucles formées par les pistes. Essayez de ne pas former de boucles dans les différentes traces de signaux haute fréquence. Si cela est inévitable, rendez la zone de boucle aussi petite que possible.

[neuvième astuce] Il est nécessaire d'assurer une bonne adaptation de l'impédance du signal. Pendant la transmission du signal, lorsque l'impédance ne correspond pas, le signal sera réfléchi dans le canal de transmission. La réflexion provoquera la formation d'un dépassement du signal composite, ce qui entraînera un dépassement du signal. Fluctue autour du seuil logique.

La méthode de base pour éliminer la réflexion est de bien adapter l'impédance du signal transmis. Comme plus la différence entre l'impédance de charge et l'impédance caractéristique de la ligne de transmission est grande, plus la réflexion est importante, il convient de rendre l'impédance caractéristique de la ligne de transmission de signal aussi égale que possible à l'impédance de charge.

Dans le même temps, Notez que la ligne de transmission sur le PCB ne doit pas avoir de changements brusques ou des coins, et essayez de garder l'impédance de chaque point de la ligne de transmission continue, sinon il y aura des réflexions entre les différents segments de la ligne de transmission.

Cela nécessite que les règles de câblage suivantes soient respectées lors du câblage PCB haute vitesse: règles de câblage USB.

Nécessite une ligne de distribution différentielle de signal USB avec une largeur de ligne de 10mil, un espacement de ligne de 6mil et un espacement de ligne de terre et de signal de 6mm.

Règles de câblage HDMI.

Le routage différentiel du signal HDMI est requis avec une largeur de ligne de 10 mil et un espacement des lignes de 6 mil, avec un espacement de plus de 20 mil entre chaque paire de deux groupes de signaux différentiels HDMI.

Règles de câblage LVDS.

Le routage différentiel du signal LVDS avec une largeur de ligne de 7 mil et un espacement de ligne de 6 mil est nécessaire dans le but de contrôler l'impédance de la paire de signaux différentiels HDMI avec une règle de câblage DDR de 100 + - 15% ohms.

Le câblage ddr1 nécessite que le signal ne traverse pas les trous autant que possible, que les lignes de signal soient de largeur égale et que les lignes soient espacées de manière égale. Le câblage doit être conforme au principe 2W pour réduire la diaphonie entre les signaux. Pour les appareils à haute vitesse DDR2 et plus, des données à haute fréquence sont également requises. Les longueurs de ces lignes sont égales pour assurer l'adaptation d'impédance du signal.

[dixième astuce] maintenir l'intégrité de la transmission du signal. Préserver l'intégrité de la transmission du signal et prévenir le « phénomène de rebond de Terre» causé par la Division de la ligne de terre.

La carte de circuit imprimé est le support du circuit électronique et en même temps le dernier maillon de la conception de la carte de circuit imprimé.