高頻PCB布線的設計與技巧

高頻電路往(wǎng)往集成度較高，布(bù)線(xiàn)密度大，采用多層闆既是布線所必須，也是(shì)降低幹擾的有效(xiào)手段。在PCB 布(bù)局階(jiē)段，合理的選擇一定層數的印制(zhì)闆尺寸，能充(chōng)分利用中間層來設(shè)置屏蔽，更好地實現就近接地(dì)，并有(yǒu)效地降低寄生電感和縮短信号的傳輸長度(dù)，同時還能大(dà)幅度(dù)地降低信号的交叉幹(gàn)擾(rǎo)等。同種(zhǒng)材(cái)料時，四(sì)層闆要比雙面闆的(de)噪聲低20dB。但是，同時也存在一個問題，PCB半層數越(yuè)高，制造工藝越複雜，單(dān)位(wèi)成本也就越高(gāo)，這就要求在進(jìn)行PCB 布局時，除了選擇(zé)合适的層數的PCB闆(pǎn)，還需要進行合理的元器件(jiàn)布局規劃，并采用正确的布線規(guī)則來完成設(shè)計。 今天就将以(yǐ)本文來介紹(shào)在(zài)PCB設計中的高頻電路布線技巧。?
??? 1、高頻電路(lù)器件管腳間的引線層間交替越少越好?

??? 所謂“引線(xiàn)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(yuè)好。一個過孔可帶來(lái)約0.5pF的分布電容，減少過(guò)孔(kǒng)數能顯着提高速度和減少數據出錯的可能性。?

??? 2、高頻電路器(qì)件管腳間的引線越短越好?

??? 信号的輻射強度是和信号線的走線(xiàn)長度成(chéng)正比的，高頻的信号引線(xiàn)越長，它(tā)就越容易耦合(hé)到靠近它的元器件上去，所以對于諸如信号(hào)的時鐘、晶振、DDR的數據、LVDS線、USB線、HDMI線等(děng)高頻信号線都(dōu)是要求盡可能的走線越短越好。?

??? 3、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(de)引線最好(hǎo)采用全(quán)直線，需要轉(zhuǎn)折，可(kě)用45度(dù)折線或者圓弧(hú)轉折，這種要求在低頻電路中僅僅用于提高銅箔(bó)的固着強度，而在高頻電(diàn)路中，滿足(zú)這一(yī)要求卻可以減少高頻信号對外的發射和相互間的耦合。?

??? 4、注意信号線(xiàn)近距離平行走線引入的“串擾”?

??? 高頻(pín)電路布線要注意信号線近距(jù)離平行走線所(suǒ)引入的“串擾”，串擾是指沒(méi)有直接連接的信号線之間的(de)耦合現象。由于高頻信号沿着傳輸線是以電磁波的形式傳輸的，信号線會(huì)起(qǐ)到天線的作用，電磁(cí)場的能量會(huì)在傳輸線的周圍發射，信号之(zhī)間由于電(diàn)磁場的相互耦合而(ér)産生的不期望的噪聲信号稱為串擾 (Crosstalk)。PCB闆層的參數、信号線的(de)間距、驅動端和接收端的電氣特性以及信号線端接方(fāng)式對串擾都有(yǒu)一定的影(yǐng)響。所以為(wéi)了減(jiǎn)少高頻信号的串擾，在布線(xiàn)的時候要求盡可能的做到(dào)以下幾點：?

??? (1)在布線空間(jiān)允許的(de)條件下，在串擾較嚴重的兩條線之(zhī)間插入一條地線或地平面，可以起到隔(gé)離的作用而減少串擾;?

??? (2)當信号線周圍的空間本身就存在時變的電磁場時，若無法避(bì)免平行分布，可在(zài)平行信号線(xiàn)的反面布置大面積“地”來大幅減少幹擾;?

??? (3)在布線空間許可的前提(tí)下，加大相鄰信号線(xiàn)間的間距(jù)，減小信号線的平行長度，時鐘線盡(jìn)量(liàng)與關鍵信号線垂直而不要平行(háng);?

??? (4)如果同一層内的平行走(zǒu)線幾乎無法避免，在相鄰兩個層，走線的(de)方向務必卻為相互垂直(zhí);?

??? (5)在數字電路中，通常(cháng)的時鐘信号都是邊沿變化快的信号，對外串擾大(dà)。所以在設計中，時鐘(zhōng)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(rǎo);?

??? (6)對高頻信号時鐘盡(jìn)量使用低電壓差分時鐘(zhōng)信号并包(bāo)地方式，需要注意包地(dì)打孔的完整性;?

??? (7)閑置不(bú)用的輸入端不要懸空，而是将其接地或接電源(電源在高頻信号回路中也是地)，因為懸空的線(xiàn)有可能等效于發射(shè)天線，接(jiē)地就能抑(yì)制發射。實踐證明，用這種辦法消除(chú)串擾有時能(néng)立即(jí)見效。?
??? 5、高頻數字信号的地(dì)線和模拟信号地線做隔離?

??? 模拟地(dì)線、數字地(dì)線等接(jiē)往公共地線時要用(yòng)高頻扼(è)流磁珠連接或(huò)者直接隔離并選擇合适(shì)的地(dì)方單點互聯。高頻數字信号的(de)地線的地電位一般(bān)是不一緻的，兩者直(zhí)接常常存在一定的電壓差，而且，高頻數字信号的地線還常常帶有非常(cháng)豐富的高頻信(xìn)号的諧波分(fèn)量，當(dāng)直接連接數字信号地線和(hé)模拟信号地線時，高頻信号(hào)的諧波就會通過地線耦合(hé)的方式對模拟信号進行幹擾。所(suǒ)以通常情(qíng)況下，對高頻數字信号的地線和模拟信号的地線是要做隔(gé)離的，可以(yǐ)采用在合适位置單點互聯的方式，或者采用高頻扼流磁珠互聯(lián)的方式。?

??? 6、集成電路塊(kuài)的電源引腳增加高(gāo)頻退藕電容?

??? 每個集(jí)成電(diàn)路(lù)塊的電源(yuán)引腳就近增一個高頻退藕電容。增加電源引腳(jiǎo)的高(gāo)頻退藕電容，可以有效地抑制電源引腳上的高頻諧(xié)波(bō)形成幹擾。?

??? 7、避免走線形成的環(huán)路?

??? 各類(lèi)高頻信号走線盡量不要形成環(huán)路，若無法避免則應使環路面(miàn)積盡量小。?

??? 8、必須保證良好的信号阻(zǔ)抗匹配?

??? 信号在傳(chuán)輸的過程中，當阻抗不匹配(pèi)的時候，信(xìn)号就會在傳輸通(tōng)道中發生信号的反射，反射(shè)會使合成(chéng)信号形成過沖(chòng)，導緻信号(hào)在邏輯門限附近波動。?

??? 消(xiāo)除反射的根本辦法是使傳輸(shū)信号(hào)的阻抗良好匹配，由于負載阻(zǔ)抗與(yǔ)傳輸線的特性阻抗相差越大反射也越大，所以應(yīng)盡可能使信号(hào)傳輸線的特性阻抗與(yǔ)負載阻抗相等。同時還(hái)要注意PCB上的傳輸線不能出現(xiàn)突變或拐角，盡量保持傳輸線各點阻抗(kàng)連續，否則在傳輸線(xiàn)各段之間也将會出現反射。這就要求在(zài)進行高速PCB布線時，必須要遵守以下布線(xiàn)規則：?

??? (1)LVDS布線規則。要(yào)求LVDS信号(hào)差分走線(xiàn)，線寬(kuān)7mil，線距6mil，目的是控(kòng)制HDMI的差分信(xìn)号對阻抗為100+-15%歐(ōu)姆(mǔ);?

??? (2)USB布線規則。要求USB信号(hào)差(chà)分走線，線寬10mil，線(xiàn)距6mil，地線和信号線距6mil;?

??? (3)HDMI布線規則。要求HDMI信号差分走線，線(xiàn)寬10mil，線距6mil，每兩組(zǔ)HDMI差分(fèn)信号對的間距超過20mil;?

??? (4)DDR布線(xiàn)規則。DDR1走線要(yào)求信号盡量不走(zǒu)過孔，信号線等寬，線與線等距，走線(xiàn)必須滿足2W原則，以減少信号間的串(chuàn)擾，對DDR2及以上的高(gāo)速器件，還要求高頻數據走線等(děng)長，以保證信号的阻抗匹配。?

??? 保持信号傳輸的完整性，防止(zhǐ)由于地(dì)線分割引起的“地彈現象”。?

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