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PCB科技

PCB科技 - 高頻電路PCB設計

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高頻電路PCB設計

2021-08-24
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Author:IPCB

組件正朝著高速的方向發展, 低消耗, 體積小,抗干擾能力强. 這一發展趨勢對 印刷電路板. 印刷電路板設計 是電子產品設計的重要階段. 電力原理圖設計完成後, 根據結構要求和功能劃分確定多個功能板, 以及各功能板的外形尺寸和安裝方法 印刷電路板 必須同時確定. 考慮調試和維護的方便性, 以及遮罩等因素, 散熱,散熱, 和EMI效能. 工程師需要確定佈局和佈線計畫, 確定關鍵電路和訊號線的細節以及接線方法, 以及應遵循的接線原則. 的幾個階段 印刷電路板設計 必須檢查工藝, 已分析, 和已修改. 整個接線完成後, 它可以在處理之前經過全面的規則檢查.


1、簡介


長期以來,設計人員往往將精力花在程式、電力原理、參數冗餘等的驗證上,而很少將精力花在印刷電路板設計的評審上,往往正是由於印刷電路板設計缺陷導致了大量的產品效能問題。 印刷電路板設計原則涉及多個方面,包括基本原則、抗干擾、電磁相容性、安全防護等。 對於這些方面,尤其是在高頻電路中(尤其是在微波級高頻電路中),缺乏相關概念往往會導致整個研發項目的失敗。 許多人仍然停留在“將電力原理與導體連接起來以發揮預定作用”的基礎上,甚至認為“印刷電路板設計屬於對結構、工藝和提高生產效率的考慮” 許多工程師沒有完全意識到這一環節應該是產品設計中整個設計工作的特別重點,並且錯誤地將精力花在選擇高性能組件上。 囙此,成本急劇上升,而效能改進卻微乎其微。


2 高速 印刷電路板設計


在產品工程中,印刷電路板設計佔有非常重要的地位,尤其是在高頻電力設計中。 有一些一般規則,這些規則將被視為一般準則。 將高頻電路的印刷電路板設計原理和技術應用到設計中,可以大大提高設計成功率。


(1) Wiring design principles of 高速電路板


為了儘量減少邏輯扇出,最好只攜帶一個負載。

2、儘量避免在高速訊號線的輸出端和接收端之間使用通孔,避免引脚圖案交叉。 尤其是時鐘訊號線需要特別注意。

3、上下相鄰層訊號線應相互垂直,避免直角轉彎。

(4)、並聯終端負載電阻器應盡可能靠近接收端。

5、為了確保反射最小,所有開放線(或沒有匹配終端的線)的長度必須滿足以下公式:

Lopen開放路線長度(英寸)

ATL公司

trise—訊號上升時間(ns)

tpd—線路傳播延遲(根據帶狀線路特性,為0.188ns/in--)。

幾種高速邏輯電路的典型上升時間:

ATL公司

6、當開路長度超過上述公式要求的值時,應使用串聯阻尼電阻器,串聯端接電阻器應盡可能連接到輸出引脚。

7、確保類比電路和數位電路分開。 AGND和DGND必須通過電感器或磁珠連接在一起,並且應盡可能靠近a/D轉換器。

8、確保電源充分解耦。

最好使用表面貼裝電阻器和電容器。


(2)旁路和去耦


1、在選擇去耦電容器之前,首先計算出濾除高頻電流的諧振頻率要求。

2、高於自諧振頻率時,電容器會感應並失去去耦電容。 應該注意的是,一些邏輯電路的頻譜能量高於普通去耦電容器自身的諧振頻率。

3、容器本身的共振頻率稱為自共振頻率。 如果你想過濾掉高頻

4、需要根據電路中包含的射頻能量、開關電路的上升時間和特別注意的頻率範圍來計算所需的電容值。 不要使用猜測或根據以前的常用用法使用它。

5、計算地平面和電源平面的共振頻率。 用這兩個平面構成的去耦電容器可以獲得最大的效益。

6、對於高速組件和射頻頻寬能量豐富的區域,應並聯使用多個電容器,以去除大頻寬的射頻能量。 還應注意,當大電容器在高頻下變為感性時,小電容器仍保持電容性。 在特定頻率下,它將形成LC諧振電路,導致無限阻抗,從而完全失去旁路功能。 如果發生這種情況,使用單個電容器更有效。


7、在電路板上所有電源輸入連接器的側面和上升時間大於3ns的元件的電源引脚上設定並聯電容器。

8、在印刷電路板電源輸入端子和扳手的對角線方向,應使用足够大容量的電容器,以確保電路切換時產生的電流變化。 對其他電路的去耦電容器也應給予同樣的考慮。 工作電流越大,所需電容越大。 為了减小電壓和電流的脈動,提高系統的穩定性。 囙此,去耦電容器肩負著去耦和飛輪的雙重作用。

9、如果使用的去耦電容器過多,打開電源時會產生大量電流。 囙此,應在電源輸出端放置一組大型電容器,以提供大量電流。


(3)阻抗變換與匹配


1、在低頻電路中,匹配的概念非常重要(使負載阻抗等於勵磁源的內阻)。 在高頻電路中,訊號線端子的匹配更為重要:


一方面,ZL=Zc需要確保沿線沒有駐波; 另一方面,為了獲得最大功率,要求訊號線的輸入端與激勵源進行共軛匹配。 囙此,匹配直接影響微波電路的工作效能。 可見:


如果端子不匹配,訊號線上會發生反射和駐波,導致負載功率下降(高功率駐波也會在波腹處產生火花)。


由於反射波的存在,會對激勵源產生不利影響,導致工作頻率和輸出功率的穩定性降低。


然而,在實踐中,給定的負載阻抗和訊號線的特性阻抗不一定相同,訊號線和激勵源的阻抗也不一定是共軛的,囙此有必要瞭解和應用阻抗匹配科技。


2、阻抗轉換器


當訊號線長度L=β/4,即βL=ϲ/2時,我們可以得到:Zin=Zc2/ZL


上述公式表明,λ/4印刷電路板傳輸線變換後,其阻抗將發生顯著變化。 可以知道,當ZL不匹配時,可以使用印刷電路板傳輸線的重新配寘來實現匹配目的。 對於特性阻抗為Z'c和Z“c”的兩條印刷電路板傳輸線,可以連接印刷電路板傳輸線以達到匹配Z'c和Z“c的目的。


需要注意的是,匹配兩條不同阻抗的印刷電路板傳輸線後,λ/4阻抗轉換器的工作頻率非常窄。


3、單支路短路匹配


的阻抗 印刷電路板 可以通過在適當的位置連接具有適當結構的短路線路來改變傳輸線 印刷電路板 達到輸電線路匹配的目的.


(4)印刷電路板分層


高頻電路往往具有更高的集成度和佈線密度。 使用多層板不僅是佈線的必要條件,也是减少干擾的有效手段。 合理選擇層數可以大大减小印製板的尺寸。 它可以充分利用中間層設定遮罩,可以更好地實現。 就近接地可以有效降低寄生電感,可以有效縮短訊號傳輸長度,可以大大减少訊號之間的交叉干擾等,這些都有利於高頻電路的可靠運行。 有資料表明,相同的資料比四層板更好。 雙面板的雜訊較低20dB,但層數越高,製造過程越複雜,成本越高。


(5)電源隔離和地線隔離


不同功能或不同要求的電路佈線通常需要電源隔離和接地。 例如,類比電路和數位電路、弱訊號電路和强訊號電路、敏感電路(PLL、低抖動觸發器等)和其他電路應儘量減少相互干擾,以便電路能够滿足預期的規格。


基本要求:


1、不同區域的電源層或接地層應在電源入口處連接在一起,通常為樹狀結構或指狀結構,不同功能電路的地線劃分方法,劃分間隙和板邊緣不應小於2mm。

2、不同類型的電源區和地面區不能交叉


3、溝渠和橋樑。 由於接地層的劃分,各種功能電路之間的訊號傳輸回路往往不連續。 為了保證訊號、電源和接地的連接,除了使用變壓器隔離(不能傳輸直流訊號)、光耦隔離(除了難以傳輸高頻外),通常使用橋接方法。 “橋”實際上是溝渠中的一個缺口,只有一個地方。 訊號線、電源和接地均從此處穿過溝槽,如圖所示。使用此方法時,如果是多點接地系統(所有高速設計都是),最好將橋架兩側連接到底盤接地。


3、結論


產品工程專業, 印刷電路板設計 佔有非常重要的地位, 尤其是在高頻電力設計中. 相同的原則設計, 相同的組件, 和 印刷電路板不同的人生產的s有不同的結果. 有許多事情在原則上可行,但在工程上很難實現, 或者其他人可以實現的事情, 其他人無法實現. 因此, 做一個 印刷電路板板, 但要做出一個 印刷電路板 board. 東西.