高頻電路設計需要知道的幾點布線技巧


原標題:高頻電路設計需要知道的幾點布線技巧
高頻電路設計中的布線技巧至關重要,以下是一些關鍵的布線技巧:
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。
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。
同種材料時,四層板要比雙面板的噪聲低20dB。但PCB層數越高,制造工藝越復雜,單位成本也越高。
引線彎折:
高頻電路布線的引線最好采用全直線,需要轉折時,可用45度折線或者圓弧轉折。
這種要求在低頻電路中僅用于提高銅箔的固著強度,而在高頻電路中,滿足這一要求可以減少高頻信號對外的發射和相互間的耦合。
引線長度:
信號的輻射強度與信號線的走線長度成正比,高頻的信號引線越長,越容易耦合到靠近它的元器件上。
因此,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,要求走線盡可能短。
層間交替:
高頻電路器件管腳間的引線層間交替越少越好,即元件連接過程中所用的過孔(Via)越少越好。
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。
信號線串擾:
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”,即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)。
在布線空間許可的前提下,可以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。
在數字電路中,時鐘信號通常是邊沿變化快的信號,對外串擾大。因此,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。
高頻退藕電容:
每個集成電路塊的電源引腳就近增加一個高頻退藕電容,可以有效地抑制電源引腳上的高頻諧波形成干擾。
地線隔離:
高頻數字信號的地線和模擬信號地線需要做隔離,可以采用在合適位置單點互聯的方式,或者采用高頻扼流磁珠互聯的方式。
這是因為高頻數字信號的地線的地電位一般是不一致的,兩者直接連接時,高頻信號的諧波會通過地線耦合的方式對模擬信號進行干擾。
避免環路:
各類高頻信號走線盡量不要形成環路,若無法避免則應使環路面積盡量小。
阻抗匹配:
信號在傳輸過程中,當阻抗不匹配時,信號就會在傳輸通道中發生反射,反射會使合成信號形成過沖,導致信號在邏輯門限附近波動。
因此,應盡可能使信號傳輸線的特性阻抗與負載阻抗相等。
同時還要注意PCB上的傳輸線不能出現突變或拐角,盡量保持傳輸線各點阻抗連續,否則在傳輸線各段之間也將會出現反射。
信號完整性:
保持信號傳輸的完整性,防止由于地線分割引起的“地彈現象”。
此外,在高頻電路布線時,還需要遵守一些特定的布線規則,如:
HDMI布線規則:要求HDMI信號差分走線,線寬10mil,線距6mil,每兩組HDMI差分信號對的間距超過20mil。
LVDS布線規則:要求LVDS信號差分走線,線寬7mil,線距6mil,目的是控制HDMI的差分信號對阻抗為100+-15%歐姆。
DDR布線規則:DDR1走線要求信號盡量不走過孔,信號線等寬,線與線等距,走線必須滿足2W原則,以減少信號間的串擾。對DDR2及以上的高速器件,還要求高頻數據走線等長,以保證信號的阻抗匹配。
綜上所述,高頻電路設計中的布線技巧涉及多個方面,需要綜合考慮布線密度、引線彎折、引線長度、層間交替、信號線串擾、高頻退藕電容、地線隔離、避免環路、阻抗匹配以及信號完整性等因素。通過合理的布線設計和規劃,可以提高高頻電路的性能和可靠性。
責任編輯:David
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