СВЧ технология - Соображения при проектировании высокочастотной и плотной компоновки PCB

В настоящее время устройства движутся в направлении высокой скорости, низкого энергопотребления, малых размеров и высокой помехоустойчивости. Дизайн PCB является важным этапом проектирования электронных продуктов. Он обеспечивает соединение и функциональность между электронными компонентами, а также является важной частью проектирования цепей питания. Высокочастотные схемы имеют более высокую степень интеграции и более высокую плотность компоновки, поэтому очень важно, как сделать компоновку высокоскоростных материнских плат с высокой плотностью более рациональной и научной.

Высокоскоростной дизайн PCB

При проектировании электрической схемы следует использовать несколько функциональных модульных панелей в соответствии со структурными требованиями и функциями, а также определить физический размер и способ установки PCB каждой функциональной панели. Следует также учитывать удобство ввода в эксплуатацию и технического обслуживания, экранирование, охлаждение и характеристики EMI.

При планировании макета вам нужно определить схему макета, такую как ключевые схемы, сигнальные линии, детали метода проводки и принципы проводки, которые должны соблюдаться. Проверка, анализ и модификация нескольких этапов процесса проектирования PCB. После завершения всего процесса компоновки нет проблем с проверкой комплексных правил перед дальнейшим проектированием.

Для многоуровневой компоновки PCB:

Высокочастотные схемы обычно очень интегрированы и имеют высокоплотную конструкцию проводки. Поэтому использование многослойных панелей является главным образом необходимым и эффективным средством уменьшения помех. На этапе компоновки PCB необходимо рационально планировать размер и количество слоев плат, чтобы в полной мере использовать средний слой для проектирования, что позволяет не только обрабатывать заземление, эффективно снижать паразитную индуктивность, сокращать длину передачи сигнала, но и значительно уменьшать такие факторы, как сигнал. Перекрестные помехи и другие преимущества, вышеупомянутый метод способствует проектированию надежности высокочастотных схем. Даже при использовании одного и того же материала четырехслойная пластина имеет на 20 дБ меньше шума, чем двухсторонняя. Тем не менее, есть и проблема, что чем больше слоев PCB, тем сложнее процесс изготовления, тем выше стоимость. Это требует, чтобы в компоновке PCB в дополнение к выбору подходящего уровня PCB была проведена разумная компоновка компонентов. Планируйте и используйте соответствующие правила проводки для завершения проектирования.

Вокруг многоуровневой компоновки PCB, опишите следующие восемь моментов:

Многоуровневый дизайн PCB

Чем меньше перекрестных выводов между высокочастотными слоями цепей, тем лучше.

Это означает, что чем меньше Via используется в соединении, тем лучше. Причина в том, что Via может принести распределенную емкость 0,5 pF, а уменьшение количества Via может увеличить скорость отклика и уменьшить вероятность ошибок данных.

Чем короче провод между выводами ВЧ - цепи, тем лучше.

Интенсивность излучения сигнала пропорциональна длине проводки сигнальной линии. Чем длиннее линия высокочастотного сигнала, тем легче подключиться к ее устройству. Таким образом, для высокочастотных сигнальных линий, таких как сигнальные часы, кристаллические генераторы, данные DDR, LVDS, USB и HDMI, чем короче длина проводки, тем лучше, если есть пространство, необходимо инкапсулировать.

3. В высокочастотных электронных устройствах чем меньше изгиб проводки между выводами, тем лучше.

Для высокочастотных проводов лучше использовать прямые линии. Если требуется изгиб, можно использовать 45 - градусную или дуговую проводку. Это требование используется только для повышения прочности соединения медной фольги в низкочастотных схемах, а в высокочастотных схемах выполнение этого требования может уменьшить помехи отражения и связи между высокочастотными сигналами.

Обратите внимание на "последовательные помехи", вводимые параллельной проводкой и ближней сигнальной линией.

Для проводки высокочастотных схем следует обратить внимание на « последовательные помеха», вводимые близкими параллельными сигнальными линиями. Последовательные помехи - это явления связи между линиями сигнала, которые не подключены напрямую. Поскольку высокочастотные сигналы передаются вдоль линии передачи в виде электромагнитных волн, сигнальные линии будут действовать как антенны, а энергия электромагнитного поля будет излучаться вокруг линии передачи. Из - за связи электромагнитных полей нежелательные шумовые сигналы между сигналами называются последовательными помехами. Параметры слоя PCB, расстояние между сигнальными линиями, электрические характеристики передающих и приемных зажимов и способ соединения сигнальных линий оказывают определенное влияние на последовательные помехи. Поэтому,

(1) При наличии серьезных помех между двумя проводами заземление или плоскость заземления могут быть вставлены между двумя проводами, если это позволяет пространство для проводки, что может способствовать изоляции и уменьшению помех.

(2) Когда пространство вокруг сигнальной линии само по себе имеет переменное электромагнитное поле, если невозможно избежать параллельного распределения, можно установить большую площадь « земной линии» на другой стороне параллельной сигнальной линии, что может значительно уменьшить помехи.

(3) При условии достаточного пространства для проводки можно увеличить пространство между соседними сигнальными линиями и уменьшить параллельную длину сигнальных линий. Линия часов должна быть перпендикулярна линии сигнала клавиш, а не параллельна.

(4) Если параллели в одном и том же слое почти неизбежны, они должны быть перпендикулярны друг другу в соседних слоях.

(5) В цифровых схемах обычный часовой сигнал является быстрым сигналом изменения края, и внешние последовательные помехи очень велики. Поэтому в конструкции рекомендуется заземлеть часовую линию и оставить больше места для земной линии, чтобы уменьшить распределенную емкость и тем самым уменьшить последовательные помехи.

(6) Сигнальные часы высокой частоты должны, насколько это возможно, использовать тактовые сигналы с низким перепадом давлений и следить за целостностью перфорации.

(7) Вместо того, чтобы подвешивать пустые ноги, заземление или подключение к источнику питания, поскольку подвеска может быть эквивалентна передающей антенне, заземление будет подавлять излучение и так далее.

Земельные линии ВЧ - цифрового и аналогового сигналов должны быть изолированы.

При подключении аналоговых, цифровых и т. Д. к общей наземной линии, используйте высокочастотные дроссельные магнитные шарики для соединения или прямой изоляции и выберите подходящее одноточечное соединение. Высокочастотные цифровые сигналы потенциала заземления линии заземления не совпадают, между ними существует разность напряжения постоянного тока, а линии заземления высокочастотных цифровых сигналов часто содержат много. При непосредственном подключении к цифровому сигналу высокочастотный сигнал заземлен гармоническим компонентным сигналом и аналоговым сигналом заземления. гармоника высокочастотного сигнала будет связана с помехами аналогового сигнала через заземление. Поэтому при нормальных обстоятельствах заземление высокочастотного цифрового сигнала и заземление аналогового сигнала должны быть изолированы, чтобы избежать последовательных помех между цифровым и аналоговым заземлением.

6. Увеличить емкость высокочастотной развязки выводов питания модуля IC.

Добавьте высокочастотные развязывающие конденсаторы вблизи штуцера питания каждого модуля IC. Увеличение высокочастотной развязывающей емкости выводов питания модуля IC может эффективно подавлять помехи высокочастотных гармоник на выводах питания.

7. Избегайте контуров при подключении.

При подключении различные высокочастотные сигналы не должны образовывать контур. Если это неизбежно, площадь контура должна быть как можно меньше.

8. Ключевые сигналы должны обеспечивать соответствие требований к сопротивлению.

Во время передачи, когда сопротивление не совпадает, сигнал будет отражаться в канале передачи, что приведет к перегрузке синтетического сигнала, что приведет к колебаниям сигнала вблизи логического порога. Основной способ устранения отражения - хорошо соответствовать сопротивлению передаваемого сигнала. Поскольку разница между сопротивлением нагрузки и характеристическим сопротивлением линии передачи больше, а отражение больше, характеристическое сопротивление линии передачи сигнала должно быть как можно больше равно нагрузке и сопротивлению. В то же время необходимо отметить, что линия передачи на PCB не может внезапно измениться или повернуться, и сопротивление между точками линии передачи должно быть как можно более непрерывным, иначе между каждым сегментом линии передачи будет отражаться. При проведении высокоскоростной проводки PCB необходимо соблюдать следующие правила проводки:

(1) Правила проводки LVDS. Сигнал LVDS требует дифференциальной маршрутизации, ширина линии составляет 7 миль, а расстояние между линиями - 6 миль.

(2) Правила USB - соединения. Для дифференциального распределения требуется USB - сигнал, ширина линии - 10 мл, расстояние между линиями - 6 миль, расстояние между наземной линией и линией сигнала - 4 мили;

(3) Правила проводки HDMI. Требуется линия дифференциального распределения сигналов HDMI, ширина линии 10 мл, расстояние между линиями 6 миль и расстояние между двумя наборами дифференциальных сигналов HDM1 более 20 миль.

(4) Правила подключения DDR. Проводка DDR требует, чтобы сигнал был как можно более непробиваемым. Сигнальные линии имеют одинаковую ширину, а интервалы между линиями равны. Провода должны соответствовать принципу 3W, чтобы уменьшить помехи между сигналами.

Уменьшение помех между сигналами

В дополнение к вышеуказанным методам проектирования высокочастотные сигналы подвержены большему электромагнитному излучению при маршрутизации. Инженеры должны стараться избегать высокоскоростных ветвей сигнала или пневой проводки при проводке PCB. Если линии высокочастотного сигнала соединены между источником питания и землей, излучение, создаваемое электромагнитными волнами, поглощенными источником питания и нижним слоем, будет значительно уменьшено. Короче говоря, высокочастотные схемы обычно имеют высокую степень интеграции и плотность линий высокой ткани. Использование многослойных панелей является необходимым и эффективным средством уменьшения помех. На этапе компоновки PCB следует разумно выбрать размер определенного слоя печатной платы и в полной мере использовать средний слой, чтобы установить экран, чтобы лучше достичь близкой плоскости заземления.