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PCB科技

PCB科技 - 高速電路PCB設計技巧

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PCB科技 - 高速電路PCB設計技巧

高速電路PCB設計技巧

2021-08-11
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Author:IPCB

Introduction


電子技術的發展和變化必然會給板級設計帶來許多新問題和新挑戰。 首先,由於高密度引脚和引脚尺寸的物理限制越來越大,導致部署率低; 其次,系統時鐘頻率新增引起的時序和信號完整性問題; 第三,工程師希望能夠使用PC平臺使用更好的工具來完成複雜和高性能的設計。 囙此,我們不難看出,PCB板設計有以下三個趨勢:


高速PCB的設計(即高時鐘頻率和快速邊緣速率)已成為主流。


2.產品小型化和高性能必須面對同一PCB板上混合訊號設計科技(即數位、類比和RF混合設計)引起的分佈效應問題。


3.設計難度的新增導致了傳統的設計過程和設計方法,PC上的CAD工具難以應對當前的科技挑戰。 囙此,EDA軟體工具平臺從UNIX向NT平臺的轉移已成為業界公認的趨勢。


Wiring skills for high-frequency circuits


1.高頻電路往往具有高集成度和高佈線密度。 多層板的使用不僅是佈線所必需的,也是减少干擾的有效手段。


2.高頻電路器件引脚之間的引線彎曲越少越好。 高頻電路佈線的引線最好採用全直線,需要轉彎。 它可以通過45°斷線或電弧進行轉動。這一要求僅用於提高銅箔在低頻電路中的固定强度,而在高頻電路中,這一要求得到了滿足。 一個要求可以减少高頻訊號的外部發射和相互耦合。


3.高頻PCB器件引脚的引線越短越好。


4.高頻電路器件引脚之間交替的引線層越少越好。 也就是說,元件連接過程中使用的通孔(Via)越少越好。 據量測,一個通孔可以帶來0.5pF的分佈電容,减少通孔的數量可以顯著提高速度。


5.對於高頻PCB佈線,要注意訊號線的緊密平行佈線引入的串擾。 如果不能避免並行分佈,可以在並行訊號線的相對側佈置大面積,以大大减少干擾。 同一層中的平行佈線幾乎是不可避免的,但兩個相鄰層中的佈線方向必須彼此垂直。


6.對特別重要的訊號線或本地單元實施地線環繞措施。


7.各種訊號線不能形成回路,地線不能形成電流回路。


8.每個集成電路塊(IC)附近應至少安裝一個高頻去耦電容器,去耦電容器應盡可能靠近設備的Vcc。


9.當類比地線(AGND)、數位地線(DGND)等連接到公共地線時,應使用高頻扼流圈。 在高頻扼流圈的實際組裝中,經常使用中心有導線的高頻鐵氧體磁珠,可以在原理圖中用作電感器,並在PCB元件庫中為其單獨定義元件封裝和佈線。 手動將其移動到靠近公共接地線的合適位置。

高速電路PCB設計


Design method of electromagnetic compatibility (EMC) in PCB


PCB基材的選擇和PCB層數的設定、電子元件的選擇和電子元件的電磁特性、元件佈局以及元件之間互連線的長度和寬度,都制約著PCB的電磁相容性。 PCB上的集成電路晶片(IC)是電磁干擾(EMI)的主要能源。 傳統的電磁干擾(EMI)控制科技一般包括:合理佈局元器件、合理控制佈線、合理配置電源線、接地、濾波電容、遮罩等措施,對抑制EMI非常有效,在工程實踐中得到廣泛應用。


1.高頻數位信號線應較短,一般小於2英寸(5cm),越短越好。


2.主訊號線最好集中在PCB板的中心。


3.時鐘生成電路應靠近PCB板的中心,時鐘扇出應採用菊花鏈或並聯管道接線。


4.電源線應儘量遠離高頻數位信號線或用地線隔開。 電源的分佈必須是低電感的(多通道設計)。 多層PCB中的電源層與接地層相鄰,相當於一個電容器,起著濾波作用。 同一層的電源線和地線應盡可能靠近。 電源層周圍的銅箔應縮回兩個平面層之間距離的20倍,以確保系統具有更好的EMC效能。 地面不應被分割。 如果要在電源平面上分割高速訊號線,則應在訊號線附近放置幾個低阻抗橋式電容器。


5.用於輸入和輸出端子的電線應儘量避免相鄰和平行。 最好在電線之間添加地線,以避免迴響耦合。


6.當銅箔的厚度為50um,寬度為1-1.5mm時,通過2A的電流,電線的溫度將低於3攝氏度。 PCB板的電線應盡可能寬。 對於集成電路,特別是數位電路的訊號線,通常使用4mil至12mil的線寬,電源線和地線的線寬優於40mil。 電線的最小間距主要取決於最壞情况下電線之間的絕緣電阻和擊穿電壓,通常選擇4mil以上的電線間距。 為了减少電線之間的串擾,必要時可以新增電線之間的距離,並且可以插入地線作為電線之間的隔離。


7.在PCB的所有層中,數位信號只能在電路板的數位部分路由,類比信號只能在線路板的類比部分路由。 低頻電路的接地應盡可能在單點並聯接地。 當實際接線困難時,可以部分串聯,然後並聯接地。 為了實現類比和數位電源的劃分,佈線不能穿過劃分的電源之間的間隙。 必須穿過分割電源之間間隙的訊號線應位於靠近大面積接地的佈線層上。


8.PCB中的電源和接地引起的電磁相容性問題主要有兩個,一個是電源雜訊,另一個是接地雜訊。 根據PCB板電流的大小,儘量加大電源線的寬度,降低回路電阻。 同時,使電源線和地線的方向與資料傳輸的方向一致,有助於提高抗雜訊能力。 現時,電源和接地平面的雜訊只能通過經驗豐富的工程師根據他們的經驗量測原型產品或去耦電容器的容量來設定為預設值。