Progettazione PCB - Dieci regole di progettazione e cablaggio della scheda PCB ad alta frequenza

Dieci regole di progettazione e cablaggio della scheda PCB ad alta frequenza

Se la frequenza del circuito logico digitale raggiunge o supera 45MHZ ~ 50MHZ e il circuito che lavora al di sopra di questa frequenza ha occupato una certa quota dell'intero sistema elettronico (ad esempio, 1/3), di solito è chiamato circuito ad alta frequenza.

Il design della scheda PCB ad alta frequenza è un processo di progettazione molto complicato e il suo cablaggio è molto importante per l'intero design!

I circuiti ad alta frequenza tendono ad avere un alto grado di integrazione e alta densità di cablaggio. L'uso di schede multistrato non è solo necessario per il cablaggio, ma anche un mezzo efficace per ridurre le interferenze.

Nella fase di layout PCB, una selezione ragionevole della dimensione della scheda stampata con un certo numero di strati può fare pieno uso dello strato intermedio per impostare lo scudo, realizzare meglio la messa a terra più vicina e ridurre efficacemente l'induttanza parassitaria e accorciare la lunghezza di trasmissione del segnale, Tutti questi metodi sono utili per l'affidabilità dei circuiti ad alta frequenza, come la riduzione dell'ampiezza delle interferenze incrociate del segnale.

Secondo i dati, quando viene utilizzato lo stesso materiale, il rumore della scheda a quattro strati è 20dB inferiore a quello della scheda a due lati.

Ma c'è anche un problema. Maggiore è il numero di semistrati PCB, più complesso è il processo di produzione e maggiore è il costo unitario. Questo ci richiede di selezionare PCB con strati appropriati oltre a selezionare il numero appropriato di strati. Pianificazione ragionevole del layout dei componenti e utilizzare regole di cablaggio corrette per completare la progettazione.

[Secondo trucco] Meno curve dei cavi tra i perni dei dispositivi elettronici ad alta velocità, meglio è. I cavi del cablaggio del circuito ad alta frequenza sono migliori per utilizzare una linea retta completa, che deve essere girata. Possono essere utilizzate linee rotte a 45 gradi o archi circolari. Questo requisito è nei circuiti a bassa frequenza. È usato solo per migliorare la resistenza di fissaggio del foglio di rame, ma nei circuiti ad alta frequenza, soddisfare questo requisito può ridurre l'emissione esterna e l'accoppiamento reciproco dei segnali ad alta frequenza.

[Terzo trucco] Più corto è il cavo tra i pin del dispositivo del circuito ad alta frequenza, meglio è. L'intensità di radiazione del segnale è proporzionale alla lunghezza della linea del segnale. Più lungo è il cavo del segnale ad alta frequenza, più facile è accoppiarsi ad esso vicino. Per le linee di segnale ad alta frequenza come orologio di segnale, oscillatore di cristallo, dati DDR, linea LVDS, linea USB, linea HDMI, ecc., è necessario mantenere la traccia il più breve possibile.

[Quarto trucco] Meno è l'alternanza dello strato di piombo tra i pin del dispositivo del circuito ad alta frequenza, meglio è. Il cosiddetto "meno alternanza di strato di piombo, meglio è" si riferisce a meno vias (via) utilizzati nel processo di connessione dei componenti, meglio è . Sul lato dei dati, uno via può portare circa 0.5pF di capacità distribuita. Ridurre il numero di vias può aumentare significativamente la velocità e ridurre la possibilità di errori di dati.

[Quinto consiglio] Prestare attenzione al "crosstalk" introdotto dalle linee di segnale in routing parallelo stretto. Il cablaggio del circuito ad alta frequenza dovrebbe prestare attenzione al "crosstalk" introdotto dalle linee di segnale in stretto percorso parallelo. Crosstalk si riferisce alle linee di segnale che non sono direttamente collegate. Fenomeno di accoppiamento.

Poiché i segnali ad alta frequenza sono trasmessi sotto forma di onde elettromagnetiche lungo la linea di trasmissione, la linea del segnale agirà come un'antenna e l'energia del campo elettromagnetico sarà emessa intorno alla linea di trasmissione. Segnali acustici indesiderati sono generati tra i segnali a causa dell'accoppiamento reciproco dei campi elettromagnetici. Chiamata crosstalk (crosstalk).

I parametri dello strato PCB, la spaziatura delle linee di segnale, le caratteristiche elettriche dell'estremità motrice e dell'estremità ricevente e il metodo di terminazione della linea di segnale hanno tutti un certo impatto sul crosstalk.

Pertanto, al fine di ridurre la crosstalk dei segnali ad alta frequenza, è necessario fare quanto più possibile durante il cablaggio: Quando lo spazio di cablaggio lo consente, inserire un filo di terra o un piano di terra tra i due fili con crosstalk più serio. Gioca il ruolo dell'isolamento e riduci le conversazioni incrociate.

Quando c'è un campo elettromagnetico variabile nel tempo nello spazio intorno alla linea del segnale, se è impossibile evitare la distribuzione parallela, una grande area di "terra" può essere disposta sul lato opposto della linea del segnale parallelo per ridurre notevolmente l'interferenza.

Se lo spazio di cablaggio lo consente, aumentare la distanza tra le linee del segnale adiacenti, ridurre la lunghezza parallela delle linee del segnale e cercare di rendere la linea dell'orologio perpendicolare alla linea del segnale chiave anziché parallela. Se le tracce parallele nello stesso strato sono quasi inevitabili, le direzioni delle tracce devono essere perpendicolari l'una all'altra in due strati adiacenti.

Nei circuiti digitali, i soliti segnali di clock sono segnali con cambi di bordo veloci, che hanno un alto crosstalk esterno. Pertanto, nel design, è consigliabile circondare la linea dell'orologio con un filo di massa e perforare più fori del filo di massa per ridurre la capacità distribuita, riducendo così la conversazione incrociata. Per gli orologi di segnale ad alta frequenza, provare a utilizzare i segnali differenziali di clock a bassa tensione e avvolgere la modalità a terra e prestare attenzione all'integrità della punzonatura a terra del pacchetto.

Il terminale di ingresso inutilizzato non deve essere sospeso, ma messo a terra o collegato all'alimentazione elettrica (l'alimentazione elettrica è anche messa a terra nel loop del segnale ad alta frequenza), perché la linea sospesa può essere equivalente all'antenna di trasmissione e la messa a terra può inibire la trasmissione. La pratica ha dimostrato che l'utilizzo di questo metodo per eliminare il crosstalk può talvolta produrre risultati immediati.

[Sesto trucco] Aggiungere un condensatore di disaccoppiamento ad alta frequenza al pin di alimentazione del blocco del circuito integrato. Aggiungere un condensatore di disaccoppiamento ad alta frequenza al pin di alimentazione di ogni blocco di circuito integrato. Aumentare il condensatore di disaccoppiamento ad alta frequenza del pin dell'alimentazione elettrica può efficacemente sopprimere l'interferenza delle armoniche ad alta frequenza sul pin dell'alimentazione elettrica.

[Settimo trucco] Il filo di terra del segnale digitale ad alta frequenza e il filo di terra del segnale analogico dovrebbero essere isolati. Quando si collega il cavo di terra analogico, il cavo di terra digitale, ecc. al cavo di terra pubblico, utilizzare le perle magnetiche ad alta frequenza per collegare o isolare direttamente e scegliere un posto adatto. Interconnessione di un singolo punto.

Il potenziale di massa del cavo di terra del segnale digitale ad alta frequenza è generalmente incoerente. C'è spesso una certa differenza di tensione tra i due direttamente. Inoltre, il cavo di massa del segnale digitale ad alta frequenza contiene spesso componenti armonici molto ricchi del segnale ad alta frequenza. Quando il cavo di massa del segnale digitale e il cavo di massa del segnale analogico sono collegati direttamente, le armoniche del segnale ad alta frequenza interferiranno con il segnale analogico attraverso l'accoppiamento del cavo di massa.

Pertanto, in circostanze normali, il filo di terra del segnale digitale ad alta frequenza e il filo di terra del segnale analogico dovrebbero essere isolati e il metodo di interconnessione a punto singolo in una posizione appropriata può essere adottato o il metodo di interconnessione da perle magnetiche strozzatrici ad alta frequenza può essere utilizzato.

[Ottavo trucco] Evitare cicli formati da tracce. Cerca di non formare loop in varie tracce di segnale ad alta frequenza. Se è inevitabile, rendi l'area loop il più piccola possibile.

[Nono trucco] È necessario garantire una buona corrispondenza dell'impedenza del segnale. Durante la trasmissione del segnale, quando l'impedenza non corrisponde, il segnale si rifletterà nel canale di trasmissione. La riflessione farà sì che il segnale composito formi un overshoot, causando il overshoot del segnale. Fluttua intorno alla soglia logica.

Il modo fondamentale per eliminare la riflessione è quello di abbinare bene l'impedenza del segnale di trasmissione. Poiché maggiore è la differenza tra l'impedenza di carico e l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione, maggiore è la riflessione, quindi l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione del segnale dovrebbe essere resa il più possibile uguale all'impedenza di carico.

Allo stesso tempo, si noti che la linea di trasmissione sul PCB non deve avere cambi o angoli improvvisi e cercare di mantenere l'impedenza di ogni punto della linea di trasmissione continua, altrimenti ci saranno riflessi tra i vari segmenti della linea di trasmissione.

Ciò richiede che durante il cablaggio PCB ad alta velocità, devono essere rispettate le seguenti regole di cablaggio: Regole di cablaggio USB.

Richiede il routing differenziale del segnale USB, la larghezza della linea è 10mil, la spaziatura della linea è 6mil e la spaziatura della linea di terra e del segnale è 6mil.

Regole del cablaggio HDMI.

Il routing differenziale del segnale HDMI è richiesto, la larghezza della linea è 10mil, la spaziatura della linea è 6mil e la spaziatura tra ogni due set di coppie di segnali differenziali HDMI supera 20mil.

Regole di cablaggio LVDS.

Richiede routing differenziale del segnale LVDS, larghezza di linea 7mil, spaziatura di linea 6mil, lo scopo è quello di controllare l'impedenza differenziale della coppia di segnale di HDMI a 100 +-15% ohm regole di cablaggio DDR.

Il cablaggio DDR1 richiede che i segnali non passino attraverso i fori il più possibile, le linee di segnale sono di larghezza uguale e le linee sono equamente distanziate. Il cablaggio deve soddisfare il principio 2W per ridurre la conversazione incrociata tra i segnali. Per i dispositivi ad alta velocità DDR2 e superiori, sono necessari anche dati ad alta frequenza. Le linee sono uguali in lunghezza per garantire l'abbinamento di impedenza del segnale.

Mantieni l'integrità della trasmissione del segnale. Mantenere l'integrità della trasmissione del segnale per prevenire il "fenomeno di rimbalzo a terra" causato dalla spaccatura del filo di terra.

PCB, o circuito stampato, è il vettore dei circuiti elettronici e, allo stesso tempo, è anche l'ultimo collegamento nella progettazione PCB.