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學會這幾招,10分鐘輕松搞定線路板高頻電路布線

2021年11月22日08:42 

如果數字邏輯電路的頻率達到或者超過45MHZ~50MHZ,而且工作在這個頻率之上的電路已經占到了整個電子系統一定的份量(比如說1/3),通常就稱為高頻電路。高頻電路設計是一個非常復雜的設計過程,其布線對整個設計至關重要!

第一招:多層板布線

高頻電路往往集成度較高,布線密度大,采用多層板既是布線所必須,也是降低干擾的有效手段。在PCB Layout階段,合理的選擇一定層數的印制板尺寸,能充分利用中間層來設置屏蔽,更好地實現就近接地,并有效地降低寄生電感和縮短信號的傳輸長度,同時還能大幅度地降低信號的交叉干擾等,所有這些方法都對高頻電路的可靠性有利。

有資料顯示,同種材料時,四層板要比雙面板的噪聲低20dB。但同時也存在一個問題,PCB半層數越高,制造工藝越復雜,單位成本也就越高,這就要求我們在進行PCB Layout時,除了選擇合適的層數的線路板,還需要進行合理的元器件布局規劃,并采用正確的布線規則來完成設計。

第二招:高速電子器件管腳間的引線彎折越少越好
高頻電路布線的引線最好采用全直線,需要轉折,可用45度折線或者圓弧轉折,這種要求在低頻電路中僅僅用于提高銅箔的固著強度,而在高頻電路中,滿足這一要求卻可以減少高頻信號對外的發射和相互間的耦合。

第三招:高頻電路器件管腳間的引線越短越好

信號的輻射強度是和信號線的走線長度成正比的,高頻的信號引線越長,它就越容易耦合到靠近它的元器件上去,所以對于諸如信號的時鐘、晶振、DDR的數據、LVDS線、USB線、HDMI線等高頻信號線都是要求盡可能的走線越短越好。

第四招:高頻電路器件管腳間的引線層間交替越少越好

所謂“引線的層間交替越少越好”是指元件連接過程中所用的過孔(Via)越少越好。據側,一個過孔可帶來約0.5pF的分布電容,減少過孔數能顯著提高速度和減少數據出錯的可能性。

第五招:注意信號線近距離平行走線引入的“串擾”

高頻電路布線要注意信號線近距離平行走線所引入的“串擾”,串擾是指沒有直接連接的信號線之間的耦合現象。由于高頻信號沿著傳輸線是以電磁波的形式傳輸的,信號線會起到天線的作用,電磁場的能量會在傳輸線的周圍發射,信號之間由于電磁場的相互耦合而產生的不期望的噪聲信號稱為串擾(Crosstalk)。線路板層的參數、信號線的間距、驅動端和接收端的電氣特性,以及信號線端接方式對串擾都有一定的影響。所以,為了減少高頻信號的串擾,在布線的時候要求盡可能的做到以下幾點:

在布線空間允許的條件下,在串擾較嚴重的兩條線之間插入一條地線或地平面,可以起到隔離的作用而減少串擾。當信號線周圍的空間本身就存在時變的電磁場時,若無法避免平行分布,可在平行信號線的反面布置大面積“地”來大幅減少干擾。20140809152631_86565.jpg

在布線空間許可的前提下,加大相鄰信號線間的間距,減小信號線的平行長度,時鐘線盡量與關鍵信號線垂直而不要平行。如果同一層內的平行走線幾乎無法避免,在相鄰兩個層,走線的方向務必卻為相互垂直。

在數字電路中,通常的時鐘信號都是邊沿變化快的信號,對外串擾大。所以在設計中,時鐘線宜用地線包圍起來并多打地線孔來減少分布電容,從而減少串擾。對高頻信號時鐘盡量使用低電壓差分時鐘信號并包地方式,需要注意包地打孔的完整性。

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