PCB Tecnico - Dieci regole di progettazione e cablaggio di circuiti ad alta frequenza

I circuiti ad alta frequenza tendono ad avere un'elevata 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 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 complicato 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] Il cavo tra i perni dei dispositivi elettronici ad alta velocità dovrebbe essere piegato il meno possibile. Il cavo del cablaggio del circuito ad alta frequenza è meglio utilizzare una linea retta completa, che deve essere girata. Può essere girato da una linea rotta a 45 gradi o da un arco circolare. 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. 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.

[Quarta misura] Meno è l'alternanza di piombo-strato tra i pin del dispositivo del circuito ad alta frequenza, meglio è. Il cosiddetto "minore è l'alternanza di piombo-strato, meglio è" si riferisce a meno vie (via) utilizzate nel processo di collegamento 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 trucco] 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 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. I 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 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 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 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 l'orologio di segnale ad alta frequenza, provare a utilizzare il segnale differenziale di clock a bassa tensione e la modalità di terra e prestare attenzione all'integrità del foro di terra.

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 del choke per collegare o isolare direttamente e scegliere un luogo adatto Interconnessione punto singolo.

Il potenziale di messa a terra del cavo di terra del segnale digitale ad alta frequenza è generalmente incoerente e 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 terra digitale del segnale e il cavo di terra analogico del segnale sono collegati direttamente, le armoniche del segnale ad alta frequenza interferiranno con il segnale analogico attraverso l'accoppiamento del cavo di terra.

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 il metodo di interconnessione a punto singolo in una posizione appropriata o il metodo di interconnessione da perle magnetiche strozzatrici ad alta frequenza può essere adottato.

[Ottava punta] 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 causerà il segnale sintetizzato a formare un overshoot, con conseguente fluttuazione del segnale 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, notare che la linea di trasmissione sul PCB non deve avere cambiamenti o angoli improvvisi e cercare di mantenere l'impedenza di ogni punto della linea di trasmissione continua, altrimenti ci saranno riflessi tra i 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 routing differenziale del segnale USB, larghezza della linea 10mil, spaziatura della linea 6mil, linea di terra e spaziatura della linea del segnale 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 la distanza tra le linee. 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 e prevenire il "fenomeno di rimbalzo a terra" causato dalla spaccatura del filo di terra.