高頻PCB布線的(De)設(She)計[Ji]與[Yu]技巧

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高頻PCB布線的設計與技巧

發布時[Shi]間(Jian)：2017-09-14 點擊數：載[Zai]入中...

高頻電路往往集[Ji]成度較高，布線[Xian]密度大(Da)，采用多(Duo)層闆既是布線所(Suo)必須，也(Ye)是降(Jiang)低幹擾的有效手段。在PCB 布(Bu)局階段，合[He]理[Li]的選[Xuan]擇一定[Ding]層數的印制闆尺寸，能充(Chong)分利用中間(Jian)層[Ceng]來設置屏蔽，更好地實(Shi)現就近(Jin)接地，并有效地[Di]降低寄生電感(Gan)和縮短信号(Hao)的[De]傳輸長度，同時還能大幅度地降低信号的交叉幹擾等。同種材料時，四[Si]層(Ceng)闆要比雙面闆的(De)噪聲低(Di)20dB。但是，同時也存在一個問題，PCB半層數越[Yue]高，制造工藝(Yi)越(Yue)複雜，單位成本也就越(Yue)高，這就要求在進行(Hang)PCB 布局時，除了選擇(Ze)合适的層數[Shu]的PCB闆[Pan]，還需要進行合理[Li]的元器件[Jian]布局(Ju)規(Gui)劃，并采[Cai]用(Yong)正确的[De]布線規則來完成(Cheng)設計。今(Jin)天就(Jiu)将以本文來介(Jie)紹在PCB設計中的高頻電路布線技巧。?
??? 1、高頻電路[Lu]器件管腳間[Jian]的引(Yin)線層間交替越少(Shao)越好?

??? 所謂“引線的層間交替越少越[Yue]好”是指元件連接過[Guo]程中所用的過孔[Kong](Via)越少越好。一個(Ge)過孔可帶來[Lai]約0.5pF的(De)分布電容[Rong]，減少過孔數能顯着提(Ti)高速度和減(Jian)少數據出錯[Cuo]的[De]可能性。?

??? 2、高頻電路器[Qi]件管腳間的引線(Xian)越短越好?

??? 信号的輻射強度是和信号線的走線(Xian)長度成正比的，高頻的信[Xin]号引線越長(Zhang)，它(Ta)就越容易[Yi]耦合到靠[Kao]近它的元器件上去，所以對于諸如信号的時鐘、晶振、DDR的[De]數據[Ju]、LVDS線、USB線、HDMI線等高頻信号(Hao)線都是要[Yao]求盡可能[Neng]的走線越短越(Yue)好。?

??? 3、高速電[Dian]子器件管腳[Jiao]間的引線彎(Wan)折越少越好?

??? 高頻電路布線的引線最好(Hao)采用全直線，需要轉[Zhuan]折，可用45度折線或者(Zhe)圓弧[Hu]轉折，這種要求(Qiu)在低頻電路中僅僅(Jin)用(Yong)于提高[Gao]銅箔的固着強度，而在高頻電路中，滿足(Zu)這一要求(Qiu)卻可[Ke]以減少高頻信(Xin)号對外的發射和相互[Hu]間的耦合。?

??? 4、注意信号線近距(Ju)離平行走線引入的“串擾”?

??? 高頻電路布線要注[Zhu]意信号線近距(Ju)離平行走線所引入的“串擾”，串擾是指沒有直接連接的信[Xin]号線之間的耦合現象。由于高頻信号沿着傳輸線是(Shi)以電磁波[Bo]的形式(Shi)傳輸的，信号(Hao)線會[Hui]起到[Dao]天線的作(Zuo)用，電磁場的能量會(Hui)在傳輸線的周圍發[Fa]射，信号之間由于電(Dian)磁場(Chang)的相互耦合而産生的不期望的噪聲信号(Hao)稱(Cheng)為串擾 (Crosstalk)。PCB闆[Pan]層(Ceng)的(De)參數、信号(Hao)線的[De]間(Jian)距、驅動端和[He]接收[Shou]端的電氣特性以[Yi]及信号線端接方式[Shi]對串擾都有一定的影(Ying)響(Xiang)。所以為[Wei]了減少高頻信号(Hao)的串擾，在布[Bu]線的時候要求盡可[Ke]能的做到以下幾點(Dian)：?

??? (1)在(Zai)布線空間允許的(De)條件下，在串擾較嚴重的[De]兩條[Tiao]線之[Zhi]間[Jian]插入一條地線(Xian)或地平面，可以起到隔離的作用而減少串擾;?

??? (2)當信号線(Xian)周[Zhou]圍的空間本(Ben)身就存在時(Shi)變的電磁場時(Shi)，若無法避免平行分[Fen]布，可在平行信号線的反[Fan]面(Mian)布置大面積(Ji)“地”來大幅減少幹擾;?

??? (3)在[Zai]布線空間許可的前提[Ti]下，加大相鄰信[Xin]号線[Xian]間的間距，減小信号(Hao)線的平[Ping]行長度，時鐘(Zhong)線盡(Jin)量與關鍵信号[Hao]線垂直而不要平行(Hang);?

??? (4)如[Ru]果同一層(Ceng)内的平行走線幾乎無法避免，在相鄰兩個(Ge)層，走線的方向務(Wu)必卻為相互垂直;?

??? (5)在(Zai)數字電路中，通常(Chang)的時鐘信号都是邊沿變化快的信号，對外串擾大。所以在設[She]計中，時鐘線宜[Yi]用地線包圍(Wei)起來并多打(Da)地線孔來減少分布[Bu]電容，從而減少串擾(Rao);?

??? (6)對[Dui]高頻[Pin]信[Xin]号時鐘盡量使(Shi)用低電壓差分時鐘信号并包(Bao)地方式，需要注意包地打孔的(De)完整性;?

??? (7)閑置不用的輸入(Ru)端不要懸空，而是将[Jiang]其接地或接[Jie]電源(電源在(Zai)高頻信号回路(Lu)中也是地[Di])，因為懸空的線有可能等效于發射(She)天線，接地就能抑制發射。實踐證明[Ming]，用這[Zhe]種辦法消除串擾有時能立即見效[Xiao]。?

??? 5、高頻數字[Zi]信号的(De)地線和模拟[Ni]信号地(Di)線(Xian)做隔離?

??? 模拟地[Di]線、數字地線等接往(Wang)公[Gong]共地線(Xian)時要[Yao]用高頻扼[E]流磁珠連接或者直接隔離并選擇(Ze)合适的地[Di]方單點[Dian]互聯。高頻數字信号的(De)地線的地電位一般是不一緻的，兩者直(Zhi)接常常存在一定的(De)電壓(Ya)差，而且，高[Gao]頻(Pin)數字信号的地線還常常帶有非常豐富的高頻信号的諧[Xie]波分量，當直接[Jie]連接數字信号地線和模拟(Ni)信[Xin]号地線時[Shi]，高頻信号(Hao)的[De]諧波就會通過地線耦合的方式對模(Mo)拟信号進[Jin]行幹擾。所[Suo]以通[Tong]常情況下，對(Dui)高頻數字信号的地線和模拟信号的地線[Xian]是要做隔(Ge)離的，可以采用在合适位[Wei]置單點互聯的方式，或者采用高頻[Pin]扼流磁珠[Zhu]互(Hu)聯的方式。?

??? 6、集成電路塊的電源引腳增加高頻退藕電容?

??? 每個集成電路塊的電源引腳就[Jiu]近增一個高頻退藕[Ou]電容。增(Zeng)加電(Dian)源引腳的高頻退藕電容[Rong]，可以(Yi)有效地抑制電源[Yuan]引腳上的高頻(Pin)諧波[Bo]形成幹擾。?

??? 7、避免走線形成的環路?

??? 各類高(Gao)頻信号走線盡(Jin)量不要形成環[Huan]路，若無法避免則應[Ying]使環路面積(Ji)盡量小。?

??? 8、必須[Xu]保證良好(Hao)的信号阻抗匹配?

??? 信号在傳輸的過程中(Zhong)，當阻抗[Kang]不[Bu]匹配的時候，信号就會在傳輸(Shu)通道中發生信号的反射，反射(She)會使合成信号形[Xing]成過沖[Chong]，導緻信号在邏輯門[Men]限附近波動。?

??? 消除反射的根(Gen)本辦法是使傳輸[Shu]信号的阻抗良(Liang)好匹配，由于負載阻抗與傳輸(Shu)線的特性阻抗相差越大反射[She]也越[Yue]大，所以[Yi]應(Ying)盡可能使[Shi]信号(Hao)傳輸線的特性(Xing)阻抗與負載阻抗相等。同時還(Hai)要注意[Yi]PCB上的傳輸線不能出現(Xian)突變或拐角，盡(Jin)量保持傳輸[Shu]線各點阻抗連續，否則在傳輸線(Xian)各段之間也将會出現反射。這(Zhe)就要求在(Zai)進[Jin]行[Hang]高速PCB布線時(Shi)，必須要遵守以下布線[Xian]規則：?

??? (1)LVDS布線規則(Ze)。要求LVDS信号差分走線，線寬[Kuan]7mil，線距[Ju]6mil，目的是控制HDMI的差分信号(Hao)對阻抗為100+-15%歐姆(Mu);?

??? (2)USB布線規則。要求USB信号差[Cha]分走線，線寬10mil，線[Xian]距6mil，地線和信号線距6mil;?

??? (3)HDMI布(Bu)線規則。要求HDMI信[Xin]号差分走線，線寬10mil，線距6mil，每兩組HDMI差分信号對的間距超過(Guo)20mil;?

??? (4)DDR布線規則。DDR1走線要求信号[Hao]盡量不走過孔，信号(Hao)線等寬，線與線等(Deng)距，走線必須滿足2W原則，以減少信号間(Jian)的串擾，對[Dui]DDR2及以上的高速器件，還要求高頻數(Shu)據走(Zou)線等長，以保證信号[Hao]的阻(Zu)抗匹配。?

??? 保持信号傳(Chuan)輸的[De]完整性，防止由[You]于地線分割引[Yin]起的“地彈現象”。?

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