Thông tin PCB - Nhận thiết kế và định tuyến cho bảng mạch PCB tần số cao

Nếu tần số của bảng mạch PCB logic kỹ thuật số đạt hoặc vượt quá 45 MHZ~50 MHZ và các mạch hoạt động trên tần số đó đã chiếm một số lượng nhất định của toàn bộ hệ thống điện tử (ví dụ: 1/3), nó thường được gọi là mạch tần số cao. Thiết kế mạch tần số cao là một quá trình thiết kế rất phức tạp và hệ thống dây điện của nó rất quan trọng đối với toàn bộ thiết kế.

1. Dây tấm nhiều lớp 2

Các mạch tần số cao có xu hướng tích hợp cao và mật độ dây cao. Việc sử dụng các tấm nhiều lớp không chỉ cần thiết cho hệ thống dây điện mà còn là một phương tiện hiệu quả để giảm nhiễu. Trong giai đoạn bố trí PCB, sự lựa chọn hợp lý của kích thước bảng in với một số lớp nhất định có thể được sử dụng đầy đủ để che chắn thiết lập lớp giữa, để đạt được kết nối gần mặt đất hơn, giảm hiệu quả cảm ký sinh và rút ngắn chiều dài truyền tín hiệu. Giảm đáng kể nhiễu chéo tín hiệu, vv Tất cả các phương pháp này có lợi cho việc cải thiện độ tin cậy của mạch tần số cao. Một số dữ liệu cho thấy rằng khi sử dụng cùng một vật liệu, các tấm bốn lớp có tiếng ồn thấp hơn 20dB so với các tấm hai lớp. Nhưng đồng thời, có một vấn đề. Số lượng nửa lớp của bảng PCB càng cao, quy trình sản xuất càng phức tạp và chi phí đơn vị càng cao. Điều này đòi hỏi chúng tôi phải chọn số lớp thích hợp khi thực hiện bố trí bảng PCB. Lập kế hoạch bố trí thành phần hợp lý và sử dụng các quy tắc dây điện phù hợp để hoàn thành thiết kế.

2. Độ cong của dây dẫn giữa các chân thiết bị điện tử tốc độ cao càng nhỏ càng tốt

Dây dẫn của mạch điện cao tần đều là đường thẳng, cần chuyển động. Chúng có thể được xoay bằng cách sử dụng một đường chấm 45 độ hoặc một vòng cung tròn. Yêu cầu này chỉ được sử dụng để tăng cường độ cố định của lá đồng trong các mạch tần số thấp, nhưng trong các mạch tần số cao, yêu cầu này được đáp ứng. Tuy nhiên, nó có thể làm giảm phát xạ bên ngoài và khớp nối lẫn nhau của các tín hiệu tần số cao.

3. Dây dẫn ngắn hơn giữa các chân của thiết bị mạch tần số cao là tốt hơn

Cường độ bức xạ của tín hiệu tỷ lệ thuận với chiều dài dấu vết của đường tín hiệu. Dây dẫn tín hiệu tần số cao càng dài thì càng dễ kết nối với các thành phần gần nó. Do đó, đối với các tín hiệu như đồng hồ, bộ dao động tinh thể, dữ liệu DDR, các dây tín hiệu tần số cao như dây LVDS, dây USB và dây HDMI được yêu cầu càng ngắn càng tốt.

4. Thay thế ít hơn giữa các lớp chì giữa các chân của thiết bị mạch tần số cao là tốt hơn

Cái gọi là "càng ít sự luân phiên giữa các lớp của dây dẫn càng tốt" có nghĩa là càng ít lỗ được sử dụng trong quá trình kết nối các thành phần càng tốt. Theo dữ liệu, một lỗ quá mức có thể mang lại điện dung phân tán khoảng 0,5 pF và giảm số lượng lỗ quá mức có thể làm tăng đáng kể tốc độ và giảm khả năng lỗi dữ liệu.

5. Chú ý đến "nhiễu xuyên âm" do dấu vết song song chặt chẽ của đường tín hiệu

Trong hệ thống dây mạch tần số cao, cần chú ý đến "nhiễu xuyên âm" được giới thiệu bởi hệ thống dây song song của các đường tín hiệu liền kề. Crosstalk đề cập đến hiện tượng ghép nối giữa các đường tín hiệu không được kết nối trực tiếp. Vì tín hiệu tần số cao được truyền dọc theo đường truyền dưới dạng sóng điện từ, đường tín hiệu sẽ hoạt động như ăng ten và năng lượng từ trường điện từ sẽ được phát ra xung quanh đường truyền. Nó được gọi là crosstalk. Các thông số của lớp PCB, khoảng cách giữa các đường tín hiệu, các đặc tính điện của đầu truyền động và đầu nhận và phương pháp chấm dứt các đường tín hiệu đều có ảnh hưởng nhất định đến nhiễu xuyên âm. Do đó, để giảm nhiễu xuyên âm của tín hiệu tần số cao, bạn cần thực hiện càng nhiều càng tốt khi định tuyến: Trong điều kiện cho phép không gian định tuyến, hãy chèn dây nối đất hoặc mặt phẳng nối đất giữa hai đường có nhiễu xuyên âm nghiêm trọng. Nó có thể hoạt động như cách ly và giảm nhiễu xuyên âm. Khi một trường điện từ thay đổi khi không gian xung quanh đường tín hiệu tồn tại, một khu vực rộng lớn của "mặt đất" có thể được bố trí ở phía đối diện của đường tín hiệu song song để giảm đáng kể nhiễu nếu không thể tránh được sự phân bố song song. Tăng khoảng cách giữa các đường tín hiệu liền kề, giảm chiều dài song song của các đường tín hiệu và cố gắng làm cho đường đồng hồ vuông góc với các đường tín hiệu quan trọng thay vì song song khi không gian cáp cho phép. Nếu các dấu vết song song trong cùng một lớp là gần như không thể tránh khỏi, thì trên hai lớp liền kề, các dấu vết phải vuông góc với nhau. Trong mạch kỹ thuật số, tín hiệu đồng hồ thông thường là tín hiệu có cạnh thay đổi nhanh và nhiễu xuyên âm bên ngoài lớn. Do đó, trong thiết kế, đường đồng hồ nên được bao quanh bởi các đường đất và tạo ra nhiều lỗ nối đất hơn để giảm điện dung phân phối và do đó nhiễu xuyên âm. Đối với đồng hồ tín hiệu tần số cao, hãy cố gắng sử dụng tín hiệu đồng hồ chênh lệch điện áp thấp và bọc mặt đất lại. Chú ý đến tính toàn vẹn của các cú đấm mặt đất. Thay vì treo thiết bị đầu vào không sử dụng, hãy nối đất hoặc kết nối nó với nguồn điện (nguồn điện cũng được nối đất trong vòng lặp tín hiệu tần số cao), vì dây treo có thể tương đương với ăng-ten phát và mặt đất có thể ức chế phát. Thực tế đã chứng minh rằng việc loại bỏ nhiễu xuyên âm bằng phương pháp này đôi khi có tác dụng ngay lập tức.

6. Thêm tụ điện tách rời tần số cao vào chân nguồn của khối mạch tích hợp

Các tụ điện tách rời tần số cao được thêm vào các chân nguồn của mỗi khối mạch tích hợp. Thêm tụ tách tần số cao trên chân nguồn có thể ức chế hiệu quả sự can thiệp của sóng hài tần số cao vào chân nguồn.

7. Dây mặt đất tín hiệu kỹ thuật số tần số cao được cách ly khỏi dây mặt đất tín hiệu tương tự

Khi đường đất tương tự, đường đất kỹ thuật số, v.v. được kết nối với đường đất chung, nên sử dụng các hạt chặn tần số cao ở những nơi thích hợp để kết nối hoặc cách ly trực tiếp và kết nối một điểm. Điện thế nối đất của tín hiệu kỹ thuật số tần số cao thường không phù hợp, thường có sự khác biệt điện áp nhất định giữa hai tín hiệu này; Khi đường dây mặt đất tín hiệu kỹ thuật số và đường dây mặt đất tín hiệu tương tự được kết nối trực tiếp, sóng hài của tín hiệu tần số cao can thiệp vào tín hiệu tương tự bằng cách ghép nối dây mặt đất. Do đó, trong điều kiện bình thường, dây mặt đất của tín hiệu kỹ thuật số tần số cao và dây mặt đất của tín hiệu tương tự cần được cách ly, có thể được kết nối tại các điểm duy nhất ở các vị trí thích hợp, hoặc có thể được kết nối với nhau bằng cách sử dụng hạt choke tần số cao.

8. Tránh để lại dấu vết hình thành vòng

Các dấu vết tín hiệu tần số cao khác nhau nên càng xa càng tốt để tạo thành các vòng lặp. Nếu không thể tránh được, khu vực vòng lặp nên được giữ càng nhỏ càng tốt.

9. Phải đảm bảo kết hợp trở kháng tín hiệu tốt

Trong quá trình truyền tín hiệu, khi trở kháng không phù hợp, tín hiệu được phản xạ trong kênh truyền dẫn và phản xạ gây ra tín hiệu hỗn hợp hình thành quá mức, khiến tín hiệu dao động gần ngưỡng logic. Cách cơ bản để loại bỏ phản xạ là làm cho trở kháng của tín hiệu truyền tải phù hợp. Bởi vì sự khác biệt giữa trở kháng tải và trở kháng đặc trưng của đường truyền càng lớn, phản xạ càng lớn. Do đó, trở kháng đặc trưng của đường truyền tín hiệu phải bằng với trở kháng tải càng nhiều càng tốt; Đồng thời, hãy chú ý đến PCB. Không nên có sự thay đổi đột ngột hoặc góc của đường truyền trên bảng mạch. Cố gắng duy trì trở kháng liên tục tại mỗi điểm của đường truyền, nếu không, sẽ có phản xạ giữa các đoạn của đường truyền. Điều này đòi hỏi các quy tắc cáp sau đây phải được tuân thủ khi cáp bảng mạch PCB tốc độ cao: Quy tắc cáp USB. Cần có dấu vết khác biệt của tín hiệu USB, có chiều rộng đường 10 mils, khoảng cách đường 6 mils và khoảng cách 6 mils giữa đường mặt đất và đường tín hiệu. Quy tắc cáp HDMI. Dấu vết khác biệt tín hiệu HDMI là cần thiết với chiều rộng đường dây là 10 triệu, khoảng cách đường dây là 6 triệu và khoảng cách giữa mỗi cặp tín hiệu khác biệt HDMI là hơn 20 triệu. Quy tắc cáp LVDS. Dấu vết vi sai tín hiệu LVDS được yêu cầu với chiều rộng đường 7 mils và khoảng cách giữa các đường 6 mils. Mục đích là để kiểm soát HDMI với trở kháng cặp tín hiệu khác biệt là 100+-15% ohms. Quy tắc định tuyến DDR. Hệ thống dây DDR1 yêu cầu tín hiệu không đi qua lỗ càng nhiều càng tốt, các đường tín hiệu có chiều rộng bằng nhau và các đường đều bằng nhau. Hệ thống dây điện phải tuân thủ nguyên tắc 2W để giảm nhiễu xuyên âm giữa các tín hiệu. Đối với các thiết bị tốc độ cao từ DDR2 trở lên, dữ liệu tần số cao cũng được yêu cầu. Độ dài của đường dây là bằng nhau để đảm bảo rằng trở kháng của tín hiệu phù hợp.

10. Duy trì tính toàn vẹn tín hiệu

Duy trì tính toàn vẹn của việc truyền tín hiệu và ngăn chặn "hiện tượng hồi phục mặt đất" gây ra bởi sự phân chia dây mặt đất trên bảng PCB.