PCB Tecnico - Sintesi delle abilità di cablaggio PCB per circuiti ad alta frequenza

Il PCB è anche chiamato circuito stampato (circuito stampato), che può realizzare la connessione del circuito e la realizzazione della funzione tra i componenti elettronici ed è anche una parte importante della progettazione del circuito di alimentazione. Oggi, utilizzerò questo articolo per introdurre tecniche di cablaggio dei circuiti ad alta frequenza nella progettazione di PCB.

Cablaggio per schede multistrato:

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. Con 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. Ciò richiede che oltre a selezionare il numero appropriato di strati di schede PCB, ragionevole Il piano di layout dei componenti e delle parti e adottare le regole di cablaggio corrette per completare la progettazione.

1. Meno il piombo si piega tra i perni dei dispositivi elettronici ad alta velocità, meglio è

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.

2. 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.

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.

4. Prestare attenzione al "crosstalk" introdotto dalle linee di segnale in parallelo con distanze ravvicinate

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:

(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) sulla premessa che 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.

5. Isolare il cavo di terra del segnale digitale ad alta frequenza e del cavo di terra analogico del segnale

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.

6. Aggiungere condensatore di disaccoppiamento ad alta frequenza al perno di alimentazione del blocco del circuito integrato

Un condensatore di disaccoppiamento ad alta frequenza viene aggiunto 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 delle armoniche ad alta frequenza sul pin dell'alimentazione elettrica.

7. Evitare cicli formati da cablaggio

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.

8. Buona corrispondenza di impedenza del segnale deve essere garantita

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, prestare attenzione alla linea di trasmissione sul PCB senza cambi improvvisi o angoli 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 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;

(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.

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