高頻高速pcb板怎么布線?有哪些技巧和規(guī)則?
高頻pcb板是定義為頻率在1GHz以上的電路板,各項(xiàng)物理性能、精度、技術(shù)參數(shù)要求非常高,常用于汽車防碰撞系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、無(wú)線電系統(tǒng)等領(lǐng)域。高頻pcb板在布線方面是一個(gè)重要的環(huán)節(jié),直接影響到高頻高速的運(yùn)行。今天小編就來(lái)講述高頻高速pcb板怎么布線。
高頻電路板應(yīng)該怎么布線?
對(duì)于高頻電路板要布線時(shí)要格外注意,由微波技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí),當(dāng)信號(hào)的波長(zhǎng)小到可以和傳輸線的長(zhǎng)度比例時(shí),這時(shí)候我們就不能按傳統(tǒng)的集總電路方法分析電路,而要用場(chǎng)的理論分析,這就是傳輸線理論。當(dāng)然了,一般情況下,我們?cè)O(shè)計(jì)的電路信號(hào)頻率都不會(huì)太高,波長(zhǎng)=信號(hào)傳輸速度/信號(hào)頻率,一般信號(hào)的傳輸速度和傳輸介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān),我們不妨設(shè)信號(hào)傳輸速度為光速3*10^8m/s(實(shí)際上要小于)對(duì)于300Mhz的信號(hào),波長(zhǎng)為1m,通常PCB板上的線長(zhǎng)不會(huì)達(dá)到1m,可以看出,對(duì)于頻率不高的信號(hào),我們不用過(guò)分擔(dān)心。
高頻pcb板布線要求是什么?
高頻pcb板信號(hào)頻率較高時(shí),為了減小信號(hào)的反射,要求傳輸線上要做阻抗匹配,通常單端線可以做遠(yuǎn)端匹配或終端匹配,差分信號(hào)通常在靠近終端處差分線之間跨接電阻匹配。就自己最近的課題來(lái)說(shuō),差分線傳輸LVDS信號(hào),需要在接受端放置100歐的電阻作阻抗匹配。按照傳輸線的知識(shí),差分線的特征阻抗也要為100歐,才能完全匹配,為此,差分線的線寬和線距有嚴(yán)格的要求。差分線的特征阻抗和基板的介電常數(shù)、基板厚度、導(dǎo)線的銅厚、差分線的線寬、差分線線距、基材綠油厚度等等相關(guān),計(jì)算公式也相當(dāng)復(fù)雜。
高頻線路板布線技巧
1,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(guò)程中所用的過(guò)孔(Via)越少越好。一個(gè)過(guò)孔可帶來(lái)約0.5pF的分布電容,減少過(guò)孔數(shù)能顯著提高速度和減少數(shù)據(jù)出錯(cuò)的可能性。
2,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(zhuǎn)折,可用45度折線或者圓弧轉(zhuǎn)折,這種要求在低頻電路中僅僅用于提高銅箔的固著強(qiáng)度,而在高頻電路中,滿足這一要求卻可以減少高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射和相互間的耦合。
3,高頻電路器件管腳間的引線越短越好
信號(hào)的輻射強(qiáng)度是和信號(hào)線的走線長(zhǎng)度成正比的,高頻的信號(hào)引線越長(zhǎng),它就越容易耦合到靠近它的元器件上去,所以對(duì)于諸如信號(hào)的時(shí)鐘、晶振、DDR的數(shù)據(jù)、LVDS線、USB線、HDMI線等高頻信號(hào)線都是要求盡可能的走線越短越好。
高頻pcb板布線規(guī)則
一,高頻pcb板布線需要注意信號(hào)線近距離平行走線引入的“串?dāng)_”
高頻電路布線要注意信號(hào)線近距離平行走線所引入的“串?dāng)_”,串?dāng)_是指沒(méi)有直接連接的信號(hào)線之間的耦合現(xiàn)象。由于高頻信號(hào)沿著傳輸線是以電磁波的形式傳輸?shù)模盘?hào)線會(huì)起到天線的作用,電磁場(chǎng)的能量會(huì)在傳輸線的周圍發(fā)射,信號(hào)之間由于電磁場(chǎng)的相互耦合而產(chǎn)生的不期望的噪聲信號(hào)稱為串?dāng)_(Crosstalk)。PCB板層的參數(shù)、信號(hào)線的間距、驅(qū)動(dòng)端和接收端的電氣特性以及信號(hào)線端接方式對(duì)串?dāng)_都有一定的影響。所以為了減少高頻信號(hào)的串?dāng)_,在布線的時(shí)候要求盡可能的做到以下幾點(diǎn):
(1)在布線空間允許的條件下,在串?dāng)_較嚴(yán)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?dāng)_;
(2)當(dāng)信號(hào)線周圍的空間本身就存在時(shí)變的電磁場(chǎng)時(shí),若無(wú)法避免平行分布,可在平行信號(hào)線的反面布置大面積“地”來(lái)大幅減少干擾;
(3)在布線空間許可的前提下,加大相鄰信號(hào)線間的間距,減小信號(hào)線的平行長(zhǎng)度,時(shí)鐘線盡量與關(guān)鍵信號(hào)線垂直而不要平行;
(4)如果同一層內(nèi)的平行走線幾乎無(wú)法避免,在相鄰兩個(gè)層,走線的方向務(wù)必卻為相互垂直;
(5)在數(shù)字電路中,通常的時(shí)鐘信號(hào)都是邊沿變化快的信號(hào),對(duì)外串?dāng)_大。所以在設(shè)計(jì)中,時(shí)鐘線宜用地線包圍起來(lái)并多打地線孔來(lái)減少分布電容,從而減少串?dāng)_;
(6)對(duì)高頻信號(hào)時(shí)鐘盡量使用低電壓差分時(shí)鐘信號(hào)并包地方式,需要注意包地打孔的完整性;
(7)閑置不用的輸入端不要懸空,而是將其接地或接電源(電源在高頻信號(hào)回路中也是地),因?yàn)閼铱盏木€有可能等效于發(fā)射天線,接地就能抑制發(fā)射。實(shí)踐證明,用這種辦法消除串?dāng)_有時(shí)能立即見(jiàn)效。
二,高頻數(shù)字信號(hào)的地線和模擬信號(hào)地線做隔離
模擬地線、數(shù)字地線等接往公共地線時(shí)要用高頻扼流磁珠連接或者直接隔離并選擇合適的地方單點(diǎn)互聯(lián)。高頻數(shù)字信號(hào)的地線的地電位一般是不一致的,兩者直接常常存在一定的電壓差,而且,高頻數(shù)字信號(hào)的地線還常常帶有非常豐富的高頻信號(hào)的諧波分量,當(dāng)直接連接數(shù)字信號(hào)地線和模擬信號(hào)地線時(shí),高頻信號(hào)的諧波就會(huì)通過(guò)地線耦合的方式對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行干擾。所以通常情況下,對(duì)高頻數(shù)字信號(hào)的地線和模擬信號(hào)的地線是要做隔離的,可以采用在合適位置單點(diǎn)互聯(lián)的方式,或者采用高頻扼流磁珠互聯(lián)的方式。
三,集成電路塊的電源引腳增加高頻退藕電容
每個(gè)集成電路塊的電源引腳就近增一個(gè)高頻退藕電容。增加電源引腳的高頻退藕電容,可以有效地抑制電源引腳上的高頻諧波形成干擾。
四,必須保證良好的信號(hào)阻抗匹配
信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中,當(dāng)阻抗不匹配的時(shí)候,信號(hào)就會(huì)在傳輸通道中發(fā)生信號(hào)的反射,反射會(huì)使合成信號(hào)形成過(guò)沖,導(dǎo)致信號(hào)在邏輯門限附近波動(dòng)。
消除反射的根本辦法是使傳輸信號(hào)的阻抗良好匹配,由于負(fù)載阻抗與傳輸線的特性阻抗相差越大反射也越大,所以應(yīng)盡可能使信號(hào)傳輸線的特性阻抗與負(fù)載阻抗相等。同時(shí)還要注意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(diǎn)阻抗連續(xù),否則在傳輸線各段之間也將會(huì)出現(xiàn)反射。這就要求在進(jìn)行高速PCB布線時(shí),必須要遵守以下布線規(guī)則:
(1)LVDS布線規(guī)則。要求LVDS信號(hào)差分走線,線寬7mil,線
距6mil,目的是控制HDMI的差分信號(hào)對(duì)阻抗為100+-15%歐姆;
(2)USB布線規(guī)則。要求USB信號(hào)差分走線,線寬10mil,線距6mil,地線和信號(hào)線距6mil;
(3)HDMI布線規(guī)則。要求HDMI信號(hào)差分走線,線寬10mil,線距6mil,每?jī)山MHDMI差分信號(hào)對(duì)的間距超過(guò)20mil;
(4)DDR布線規(guī)則。DDR1走線要求信號(hào)盡量不走過(guò)孔,信號(hào)線等寬,線與線等距,走線必須滿足2W原則,以減少信號(hào)間的串?dāng)_,對(duì)DDR2及以上的高速器件,還要求高頻數(shù)據(jù)走線等長(zhǎng),以保證信號(hào)的阻抗匹配。
以上是小編從高頻高速pcb板的布線規(guī)則、布線技巧以及怎么布線等做了詳細(xì)的闡述,只有注意和避開(kāi)才能保持信號(hào)傳輸?shù)耐暾?,防止由于地線分割引起的“地彈現(xiàn)象“。更多高頻板的問(wèn)題可以咨詢金瑞欣特種電路。