Tecnologia RF - Come collegare schede PCB ad alta frequenza e ad alta velocità? Quali sono le competenze e le regole?

La scheda PCB ad alta frequenza è definita come un circuito stampato con una frequenza superiore a 1GHz, con requisiti molto elevati per varie proprietà fisiche, precisione e parametri tecnici. È spesso utilizzato in sistemi anticollisione automobilistici, sistemi satellitari, sistemi radio e altri campi. La scheda PCB ad alta frequenza è un collegamento importante nel cablaggio, che influisce direttamente sul funzionamento ad alta frequenza e ad alta velocità. Oggi parlerò di come collegare schede PCB ad alta frequenza e ad alta velocità.

Come dovrebbe essere cablato il circuito stampato ad alta frequenza? Prestare particolare attenzione al cablaggio dei circuiti stampati ad alta frequenza. Sulla base della conoscenza di base della tecnologia a microonde, quando la lunghezza d'onda del segnale è abbastanza piccola da essere proporzionale alla lunghezza della linea di trasmissione, non possiamo analizzare il circuito secondo il metodo tradizionale del circuito combinato, ma utilizzare il campo L'analisi teorica, questa è la teoria della linea di trasmissione. Naturalmente, in circostanze normali, la frequenza del segnale del circuito che progettiamo non sarà troppo alta. Lunghezza d'onda = velocità di trasmissione del segnale/frequenza del segnale. Generalmente, la velocità di trasmissione del segnale è correlata alla costante dielettrica del mezzo di trasmissione. Potremmo anche impostare la velocità di trasmissione del segnale come la velocità della luce. 3*10^8m/s (in realtà inferiore a) Per i segnali 300Mhz, la lunghezza d'onda è 1m e di solito la lunghezza della linea sulla scheda PCB non raggiungerà 1m. Si può vedere che non dobbiamo preoccuparci troppo dei segnali con basse frequenze.

Quali sono i requisiti di cablaggio PCB ad alta frequenza? Quando la frequenza del segnale della scheda PCB ad alta frequenza è alta, al fine di ridurre la riflessione del segnale, è necessaria la corrispondenza dell'impedenza sulla linea di trasmissione. Generalmente, la linea monoterminale può essere utilizzata per la corrispondenza remota o la corrispondenza terminale e il segnale differenziale è solitamente ponte tra le linee differenziali vicino al terminale. Corrispondenza della resistenza. Per quanto riguarda il mio recente argomento, la trasmissione di segnali LVDS su linee differenziali richiede una resistenza di 100 ohm da posizionare sull'estremità ricevente per la corrispondenza dell'impedenza. Secondo la conoscenza della linea di trasmissione, l'impedenza caratteristica della linea differenziale deve essere di 100 ohm per essere completamente abbinata. Per questo motivo, la larghezza della linea e la spaziatura della linea differenziale hanno requisiti rigorosi. L'impedenza caratteristica della linea differenziale è correlata alla costante dielettrica del substrato, allo spessore del substrato, allo spessore del rame del filo, alla larghezza della linea differenziale, alla distanza della linea della linea differenziale, allo spessore dell'olio verde del substrato, ecc La formula di calcolo è anche abbastanza complicata.

Competenze di cablaggio dei circuiti ad alta frequenza 1. Meno lo strato di piombo alterna tra i pin del dispositivo del circuito ad alta frequenza, meglio è

La cosiddetta "minore è l'alternanza tra strati dei cavi, migliore è" significa che meno vie (Via) utilizzate nel processo di collegamento dei componenti, migliore è. Una via può portare circa 0.5pF capacità distribuita, riducendo il numero di vias può aumentare significativamente la velocità e ridurre la possibilità di errori di dati.

2. Il cavo tra i perni dei dispositivi elettronici ad alta velocità dovrebbe essere piegato il meno possibile

Il cavo di piombo del cablaggio del circuito ad alta frequenza è meglio adottare una linea retta completa, che deve essere girata. Può essere ruotato da una linea rotta a 45 gradi o da un arco circolare. Questo requisito è utilizzato solo per migliorare la resistenza di fissaggio del foglio di rame nei circuiti a bassa frequenza, mentre nei circuiti ad alta frequenza, questo requisito è soddisfatto. Un requisito può ridurre l'emissione esterna e l'accoppiamento reciproco dei segnali ad alta frequenza.

3. Più breve 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 traccia della linea del segnale. Più lungo è il cavo di segnale ad alta frequenza, più facile è accoppiarsi ai componenti vicini ad esso. Pertanto, per segnali come orologio, oscillatore a cristallo, dati DDR, linee LVDS, linee USB, linee HDMI e altre linee di segnale ad alta frequenza devono essere il più brevi possibile.

Regole di cablaggio della scheda PCB ad alta frequenza In primo luogo, il cablaggio della scheda PCB ad alta frequenza deve prestare attenzione al "crosstalk" introdotto dall'instradamento parallelo stretto della linea del segnale Il cablaggio del circuito ad alta frequenza dovrebbe prestare attenzione al "crosstalk" introdotto dall'instradamento parallelo stretto delle linee del segnale. Crosstalk si riferisce al fenomeno di accoppiamento tra linee di segnale che non sono direttamente collegate. 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 grazie all'accoppiamento reciproco dei campi elettromagnetici tra i segnali. 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 il crosstalk dei segnali ad alta frequenza, è necessario fare quanto segue durante il cablaggio:

(1) 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, che può svolgere un ruolo di isolamento e ridurre crosstalk;

(2) quando c'è un campo elettromagnetico variabile nel tempo nello spazio che circonda la linea del segnale, se la distribuzione parallela non può essere evitata, una grande area di "terra" può essere disposta sul lato opposto della linea del segnale parallelo per ridurre notevolmente le interferenze;

(3) 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;

(4) Se il cablaggio parallelo nello stesso strato è quasi inevitabile, in due strati adiacenti, la direzione del cablaggio deve essere perpendicolare l'una all'altra;

(5) Nei circuiti digitali, i segnali abituali dell'orologio sono segnali con cambi veloci del bordo, che hanno un alto crosstalk esterno. Pertanto, nella progettazione, la linea dell'orologio dovrebbe essere circondata da un filo di terra e più fori del filo di terra dovrebbero essere utilizzati per ridurre la capacità distribuita, riducendo così la conversazione incrociata;

(6) per gli orologi del segnale ad alta frequenza, cercare di utilizzare i segnali differenziali dell'orologio a bassa tensione e avvolgere la modalità a terra e prestare attenzione all'integrità della punzonatura a terra;

(7) Non sospendere il terminale di ingresso inutilizzato, ma metterlo a terra o collegarlo all'alimentazione elettrica (l'alimentazione elettrica è anche messa a terra nel ciclo del segnale ad alta frequenza), perché il filo penzolante 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.

2. isolare il filo di terra del segnale digitale ad alta frequenza dal filo di terra del segnale analogico Quando il filo di terra analogico, il filo di terra digitale, ecc. sono collegati al filo di terra pubblico, utilizzare le perle magnetiche strozzatrici ad alta frequenza per collegare o isolare direttamente e selezionare un luogo adatto per l'interconnessione a 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 devono essere isolati e un metodo di interconnessione a punto singolo può essere utilizzato in una posizione appropriata o può essere utilizzato un metodo di interconnessione a fascio magnetico ad alta frequenza.

3. Aggiungere il condensatore di disaccoppiamento ad alta frequenza al perno di alimentazione del blocco integrato del circuito integrato Un condensatore di disaccoppiamento ad alta frequenza è aggiunto al perno di alimentazione di ogni blocco integrato vicino. Aumentare il condensatore di disaccoppiamento ad alta frequenza del pin dell'alimentazione elettrica può efficacemente sopprimere l'interferenza causata dalle armoniche ad alta frequenza sul pin dell'alimentazione elettrica.

In quarto luogo, è necessario garantire una buona corrispondenza di impedenza del segnale Nel processo di trasmissione del segnale, quando l'impedenza non corrisponde, il segnale sarà riflesso nel canale di trasmissione e la riflessione causerà il segnale sintetizzato a formare un overshoot, causando il segnale a fluttuare vicino 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 prega di notare che la linea di trasmissione sul PCB non può avere cambi o angoli improvvisi e cercare di mantenere l'impedenza di ogni punto della linea di trasmissione continua, altrimenti ci saranno riflessi tra le varie sezioni della linea di trasmissione. Ciò richiede che durante il cablaggio PCB ad alta velocità, devono essere rispettate le seguenti regole di cablaggio:

(1) Regole di cablaggio LVDS. Richiede traccia differenziale del segnale LVDS, larghezza della linea 7mil, lineLa distanza è 6mil, lo scopo è quello di controllare l'impedenza differenziale del segnale di HDMI a 100 +-15% ohm;

(2) Regole di cablaggio USB. Richiede instradamento differenziale del segnale USB, larghezza della linea 10mil, spaziatura della linea 6mil, linea di terra e spaziatura della linea del segnale 6mil;

(3) Regole di 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 segnale differenziale HDMI supera 20mil;

(4) Regole di cablaggio DDR. Le tracce DDR1 richiedono 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. Le tracce devono soddisfare il principio 2W per ridurre il crosstalk 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.

Quanto sopra è una spiegazione dettagliata delle regole di cablaggio, abilità di cablaggio e come collegare la scheda PCB ad alta frequenza e ad alta velocità. Solo prestando attenzione ed evitando può mantenere l'integrità della trasmissione del segnale e prevenire il "fenomeno di rimbalzo a terra" causato dalla divisione del filo di terra. "