Tecnologia RF - Dieci trucchi per ottenere il cablaggio del circuito ad alta frequenza PCB efficace

Dieci trucchi per ottenere il cablaggio del circuito ad alta frequenza PCB efficace

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 del circuito stampato ad alta frequenza è un processo di progettazione molto complicato e il suo cablaggio è molto importante per l'intero design!

Il primo trucco di cablaggio multistrato della scheda

I circuiti ad alta frequenza tendono ad avere alta 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.

Alcuni dati mostrano che quando viene utilizzato lo stesso materiale, il rumore della scheda a quattro strati è 20 dB 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 schede PCB con il numero appropriato di strati durante l'esecuzione del layout PCB. Pianificazione ragionevole del layout dei componenti e utilizzare regole di cablaggio corrette per completare la progettazione.

Il secondo trucco è quello di utilizzare più perni elettronici ad alta velocità come il piombo si piega 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.

Il terzo trucco è che il cavo tra i pin del dispositivo del circuito ad alta frequenza è il più corto possibile

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.

Il quarto trucco è che il numero di strati di piombo tra i pin dei dispositivi a circuito ad alta frequenza è il più piccolo possibile.

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. Secondo il lato, una via può portare circa 0.5pF capacità distribuita e ridurre il numero di vias può aumentare significativamente la velocità e ridurre la possibilità di errori di dati.

Il quinto trucco è quello di prestare attenzione al "crosstalk" introdotto dalle linee di segnale in stretto percorso parallelo

Il cablaggio del circuito ad alta frequenza dovrebbe prestare attenzione al "crosstalk" introdotto dal routing parallelo stretto delle linee di 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:

Se lo spazio di cablaggio lo consente, l'inserimento di un filo di terra o di un piano di terra tra i due fili con crosstalk più serio può svolgere un ruolo di isolamento e ridurre la crosstalk.

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.

Sotto la premessa che lo spazio di cablaggio lo consente, aumentare la distanza tra le linee di segnale adiacenti, ridurre la lunghezza parallela delle linee di segnale e cercare di rendere la linea dell'orologio perpendicolare alla linea del segnale chiave invece che parallela.

Se il cablaggio parallelo nello stesso strato è quasi inevitabile, in due strati adiacenti, le direzioni del cablaggio devono essere perpendicolari l'una all'altra.

Nei circuiti digitali, i soliti segnali di clock sono segnali con rapidi cambi di bordo e alta crosstalk esterna. Pertanto, nella progettazione, la linea dell'orologio dovrebbe essere circondata da una linea di terra e perforata più fori della linea di terra 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 l'emissione. La pratica ha dimostrato che l'utilizzo di questo metodo per eliminare il crosstalk può talvolta produrre risultati immediati.

Il sesto trucco è quello di aggiungere condensatori di disaccoppiamento ad alta frequenza ai pin di potenza del blocco del circuito integrato

Aggiungere un condensatore di disaccoppiamento ad alta frequenza al perno di alimentazione di ogni blocco di circuito integrato nelle vicinanze. 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.

Il settimo trucco è quello di isolare il filo di terra del segnale digitale ad alta frequenza dal filo di terra del segnale analogico

Quando il cavo di terra analogico, il cavo di terra digitale, ecc. sono collegati al cavo di terra pubblico, utilizzare le perle magnetiche ad alta frequenza per collegare o isolare direttamente e selezionare un luogo adatto per l'interconnessione a punto singolo. 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.

L'ottavo trucco per evitare loop formati dal routing

Tutti i tipi di tracce di segnale ad alta frequenza non dovrebbero formare un loop il più possibile. Se è inevitabile, l'area del ciclo dovrebbe essere il più piccola possibile.

Il nono trucco deve garantire una buona corrispondenza dell'impedenza del segnale

Nel processo di trasmissione del segnale, quando l'impedenza non corrisponde, il segnale verrà 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:

Regole del cablaggio USB. Il routing differenziale del segnale USB è richiesto, 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 del segnale di HDMI a 100 +-15% ohm

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.

Decimo trucco per mantenere l'integrità della trasmissione del segnale

Mantenere l'integrità della trasmissione del segnale e prevenire il "fenomeno di rimbalzo a terra" causato dalla scissione a terra.