Diseño electrónico - Diez reglas para el diseño de placas de PCB de alta frecuencia y técnicas de cableado

Diez reglas para el diseño de placas de PCB de alta frecuencia y técnicas de cableado

Si la frecuencia del circuito lógico digital alcanza o supera los 45 MHz a 50 mhz, y el circuito que funciona por encima de esa frecuencia ya ocupa una cierta parte de todo el sistema electrónico (por ejemplo, 1 / 3), generalmente se llama circuito de alta frecuencia.

¡El diseño de la placa de PCB de alta frecuencia es un proceso de diseño muy complejo, ¡ y su cableado es muy importante para todo el diseño!

[primer truco] los circuitos de alta frecuencia de cableado de varias capas a menudo tienen una alta integración y una alta densidad de línea de tela. El uso de paneles multicapa no solo es necesario para el cableado, sino que también es un medio eficaz para reducir la interferencia.

En la etapa de diseño de pcb, la selección racional del tamaño de la placa de impresión con un cierto número de capas puede aprovechar al máximo la capa intermedia para establecer el blindaje, lograr mejor la puesta a tierra más cercana, reducir efectivamente la inducción parasitaria y acortar la longitud de transmisión de la señal. Todos estos métodos favorecen la fiabilidad de los circuitos de alta frecuencia, como reducir la magnitud de la interferencia cruzada de la señal.

Según los datos, cuando se utiliza el mismo material, el ruido de las placas de cuatro capas es 20 DB más bajo que el ruido de las placas de doble Cara.

Sin embargo, también hay un problema. Cuanto mayor sea el número de medias capas de pcb, más complejo será el proceso de fabricación y mayor será el costo unitario. Esto requiere que, además de elegir el número adecuado de capas, también seleccionemos PCB con el número adecuado de capas. Planificación razonable del diseño de componentes y uso de las reglas de cableado correctas para completar el diseño.

[segundo truco] cuanto menos se doblen los cables entre los pines de los dispositivos electrónicos de alta velocidad, mejor. Es mejor utilizar una línea recta completa para el cableado del Circuito de alta frecuencia, que necesita girar. Se pueden usar líneas punteadas o Arcos de 45 grados. Este requisito se aplica a los circuitos de baja frecuencia. Solo se utiliza para mejorar la resistencia fija de la lámina de cobre, pero en circuitos de alta frecuencia, cumplir con este requisito puede reducir la emisión externa y el acoplamiento mutuo de señales de alta frecuencia.

[tercer truco] cuanto más corto sea el cable entre los pines de los dispositivos de circuito de alta frecuencia, mejor. La intensidad de radiación de la señal es proporcional a la longitud de la línea de señal. Cuanto más largo sea el cable de la señal de alta frecuencia, más fácil será acoplarse a su proximidad. para los relojes de señal, osciladores de cristal, datos ddr, cables lvds, cables usb, cables HDMI y otros cables de señal de alta frecuencia, se requiere mantener el rastro lo más corto posible.

[cuarto truco] cuanto menos alternancia de capas de alambre entre los pines de los dispositivos de circuito de alta frecuencia, mejor. La llamada "cuanto menos alternancia de capas de alambre, mejor", se refiere a que cuanto menos agujeros (agujeros) se utilizan en el proceso de conexión de componentes, mejor. En el lado de los datos, un agujero puede traer un capacitor distribuido de aproximadamente 0,5pf. Reducir el número de agujeros puede aumentar significativamente la velocidad y reducir la posibilidad de errores de datos.

[quinto recordatorio] preste atención a la "conversación cruzada" introducida por el cable de señal en el cableado paralelo cercano. El cableado de circuitos de alta frecuencia debe prestar atención a la "conversación cruzada" introducida por el cable de señal en el cableado paralelo cercano. La conversación cruzada se refiere a una línea de señal que no está conectada directamente. Fenómeno de acoplamiento.

Debido a que las señales de alta frecuencia se transmiten a lo largo de la línea de transmisión en forma de ondas electromagnéticas, la línea de señal actuará como antena y la energía del campo electromagnético se emitirá alrededor de la línea de transmisión. Debido al acoplamiento mutuo de campos magnéticos y magnéticos, se producen señales de ruido indeseables entre las señales. Se llama conversación cruzada.

Los parámetros de la capa de pcb, la distancia entre las líneas de señal, las características eléctricas del extremo de conducción y recepción y el método de conexión final de las líneas de señal tienen un cierto impacto en la conversación cruzada.

Por lo tanto, para reducir la conversación cruzada de señales de alta frecuencia, es necesario hacer lo siguiente en la medida de lo posible al cableado: insertar un cable de tierra o un plano de tierra entre dos cables con conversación cruzada más grave cuando el espacio de cableado lo permita. Desempeñar un papel de aislamiento y reducir las conversaciones cruzadas.

Cuando existe un campo electromagnético variable en el tiempo en el espacio alrededor de la línea de señal, si no se puede evitar la distribución paralela, se puede colocar una gran área de "tierra" frente a la línea de señal paralela para reducir considerablemente la interferencia.

Si el espacio de cableado lo permite, aumente el espaciamiento entre las líneas de señal adyacentes, reduzca la longitud paralela de las líneas de señal e intente hacer que las líneas de reloj sean perpendiculares a las líneas de señal clave en lugar de paralelas. Si los rastros paralelos en la misma capa son casi inevitables, en las dos capas adyacentes, las direcciones de los rastros deben ser perpendiculares entre sí.

En los circuitos digitales, la señal de reloj habitual es una señal con cambios rápidos de borde, que tiene una alta conversación cruzada externa. Por lo tanto, en el diseño, se recomienda rodear la línea del reloj con un cable de tierra y hacer más agujeros de tierra para reducir la capacidad de distribución y, por lo tanto, reducir la conversación cruzada. Para los relojes de señal de alta frecuencia, trate de utilizar la señal de reloj diferencial de baja tensión y el modo de puesta a tierra del paquete, y preste atención a la integridad del agujero de puesta a tierra del paquete.

Las entradas no utilizadas no deben colgarse, sino que deben estar conectadas a tierra o conectadas a una fuente de alimentación (la fuente de alimentación también está conectada a tierra en el circuito de señal de alta frecuencia), ya que la línea colgada puede ser equivalente a una antena de transmisión y la puesta a tierra inhibe la emisión. La práctica ha demostrado que el uso de este método para eliminar las conversaciones cruzadas a veces puede ser inmediato.

[sexto truco] agregue un capacitor de desacoplamiento de alta frecuencia al pin de alimentación del bloque de circuitos integrados. Añadir un capacitor de desacoplamiento de alta frecuencia al pin de alimentación de cada bloque de circuitos integrados. El aumento de los condensadores de desacoplamiento de alta frecuencia de los pines de alimentación puede inhibir eficazmente la interferencia de los armónicos de alta frecuencia en los pines de alimentación.

[séptimo truco] la línea de tierra de la señal digital de alta frecuencia y la línea de tierra de la señal analógica deben aislarse. Al conectar el suelo analógico, el suelo digital, etc. al suelo común, conecte o aísle directamente con cuentas magnéticas de estrangulamiento de alta frecuencia y elija la ubicación adecuada. Interconexión de un solo punto.

El potencial de tierra del cable de tierra de la señal digital de alta frecuencia suele ser inconsistente. Por lo general, existe una cierta diferencia de voltaje directamente entre los dos. Además, el cable de tierra de la señal digital de alta frecuencia suele contener componentes armónicos muy ricos de la señal de alta frecuencia. Cuando el suelo de la señal digital y el suelo de la señal analógica están conectados directamente, los armónicos de la señal de alta frecuencia interfieren con la señal analógica a través del acoplamiento del suelo.

Por lo tanto, en circunstancias normales, el suelo de la señal digital de alta frecuencia y el suelo de la señal analógica deben aislarse, lo que puede utilizar el método de interconexión de un solo punto en el lugar adecuado o el método de interconexión de gotas magnéticas de estrangulamiento de alta frecuencia.

[octava técnica] evitar el ciclo formado por la trayectoria. Trate de no formar bucles en varios rastros de señal de alta frecuencia. Si esto es inevitable, haga que el área de la carretera de circunvalación sea lo más pequeña posible.

[noveno truco] es necesario garantizar una buena coincidencia de resistencia a la señal. Durante la transmisión de la señal, cuando la resistencia no coincide, la señal se reflejará en el canal de transmisión. La reflexión hará que la señal compuesta forme un exceso de impulso, lo que dará lugar a un exceso de impulso de la señal. Fluctúa cerca del umbral lógico.

La forma básica de eliminar la reflexión es emparejar bien la resistencia de la señal transmitida. Debido a que cuanto mayor sea la diferencia entre la resistencia a la carga y la resistencia característica de la línea de transmisión, mayor será el reflejo, por lo que la resistencia característica de la línea de transmisión de señal debe ser lo más igual que la resistencia a la carga.

Al mismo tiempo, preste atención a que la línea de transmisión en el PCB no debe tener cambios repentinos o esquinas, y trate de mantener la resistencia continua de cada punto de la línea de transmisión, de lo contrario habrá reflejos entre los segmentos de la línea de transmisión.

Esto requiere que durante el cableado de PCB de alta velocidad, se cumplan las siguientes reglas de cableado: reglas de cableado usb.

Se necesita una línea de distribución de diferencia de señal usb, con un ancho de línea de 10 mils, un espaciamiento de línea de 6 mils y un espaciamiento de línea de tierra y señal de 6 mm.

Reglas de cableado hdmi.

Se requiere un enrutamiento diferencial de señal hdmi, con un ancho de línea de 10 mil y un espaciamiento de línea de 6 mil, con un espaciamiento de más de 20 mil entre cada uno de los dos grupos de pares de señal diferencial hdmi.

Reglas de cableado lvds.

Se requiere un enrutamiento diferencial de la señal lvds, con un ancho de línea de 7 mils y un espaciamiento de línea de 6 mils, con el objetivo de controlar la resistencia del par de señal diferencial de HDMI a una regla de enrutamiento DdR de 100 + - 15% ohm.

El cableado ddr1 requiere que la señal no pase por el agujero en la medida de lo posible, el ancho de la línea de señal es igual y el intervalo entre las líneas es igual. El cableado debe cumplir con el principio de 2w para reducir la conversación cruzada entre las señales. Para los equipos de alta velocidad DDR2 y superiores, también se necesitan datos de alta frecuencia. Estas líneas tienen igual longitud para garantizar que la resistencia de la señal coincida.

[décimo truco] mantener la integridad de la transmisión de la señal. Mantener la integridad de la transmisión de la señal y evitar el "fenómeno de rebote de la tierra" causado por la División del cable de tierra.

La placa de circuito impreso es el portador del circuito electrónico y el último eslabón del diseño de la placa de circuito impreso.