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Technique RF - Considérations de conception de mise en page PCB haute fréquence et haute densité

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Technique RF - Considérations de conception de mise en page PCB haute fréquence et haute densité

Considérations de conception de mise en page PCB haute fréquence et haute densité

2021-09-16
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Author:Belle

Les dispositifs actuels évoluent vers une vitesse élevée, une faible consommation d'énergie, une petite taille et une haute résistance aux interférences. La conception de PCB est une étape importante dans la conception de produits électroniques. Il peut réaliser des connexions et des fonctions entre les composants électroniques et est également une partie importante de la conception du circuit d'alimentation. Les circuits haute fréquence ont un degré d'intégration plus élevé et une densité de disposition plus élevée, il est donc très important de savoir comment rendre la disposition des cartes mères haute densité à haute vitesse plus rationnelle et scientifique.


Considérations de conception de mise en page PCB haute vitesse

Lors de la conception du Schéma électrique, plusieurs cartes de modules fonctionnels doivent être utilisées en fonction des exigences structurelles et de la division fonctionnelle, et les dimensions physiques et la méthode d'installation de chaque carte PCB fonctionnelle doivent être déterminées. La facilité de mise en service et de maintenance, le blindage, la dissipation thermique et les performances EMI doivent également être pris en compte.


Lors de la planification de la disposition, vous devez déterminer le plan de disposition, par exemple les circuits clés, les lignes de signal, les détails de la méthode de câblage et les principes de câblage à suivre. Par l'examen, l'analyse et la modification de plusieurs étapes du processus de conception de PCB. Une fois l'ensemble du processus de mise en page terminé, il n'y a aucun problème à vérifier les règles complètes avant d'aller plus loin dans la conception.


À propos de la conception de mise en page PCB multicouche:


Les circuits haute fréquence sont généralement hautement intégrés et ont une conception de câblage à haute densité. L'utilisation de plaques multicouches est donc avant tout un moyen nécessaire et efficace pour réduire les perturbations. Dans la phase de mise en page de PCB, il est nécessaire de planifier rationnellement la taille et le nombre de couches de la carte afin d'utiliser pleinement la couche intermédiaire pour la conception, non seulement le traitement de la terre peut être effectué, réduire efficacement l'inductance parasite, raccourcir la longueur de transmission du signal, mais aussi réduire considérablement le signal et d'autres facteurs. Avantages tels que les interférences croisées, la méthode ci - dessus favorise la conception fiable des circuits haute fréquence. Même avec la même feuille, le bruit d'un panneau à quatre couches est inférieur de 20 dB à celui d'un panneau double face. Cependant, il y a aussi le problème que plus il y a de couches de PCB, plus le processus de fabrication est complexe et coûteux. Cela nécessite une disposition rationnelle des éléments dans la disposition du PCB, en plus de choisir le nombre approprié de couches de PCB. Planifiez et utilisez les règles de câblage appropriées pour compléter la conception. Autour de la conception de la disposition de PCB multicouche, les huit points suivants sont énoncés:


Conception de mise en page PCB multicouche

1. Moins il y a de broches croisées entre les couches du circuit haute fréquence, mieux c'est.

Cela signifie que moins vous utilisez via dans votre connexion, mieux c'est. La raison en est que via peut apporter une capacité distribuée de 0,5 PF, et réduire le nombre de via peut augmenter la vitesse de réponse et réduire le risque d'erreurs de données.


2. Plus le fil entre les broches du circuit haute fréquence est court, mieux c'est.

L'intensité de rayonnement du signal est proportionnelle à la longueur de câblage de la ligne de signal. Plus le câblage du signal haute fréquence est long, plus il est facile de le coupler à ses appareils. Ainsi, pour les lignes de signal haute fréquence telles que l'horloge de signal, l'oscillateur à cristal, les données DDR, LVDS, USB et HDMI, plus la longueur de câblage est courte, mieux c'est, et s'il y a de la place, l'encapsulation est nécessaire.


3. Dans l'électronique à haute fréquence, plus la courbure du câblage entre les broches est petite, mieux c'est.

Pour les conducteurs haute fréquence, il est préférable d'utiliser des lignes droites. Si vous avez besoin de plier, vous pouvez utiliser un tube en tissu à 45 degrés ou un tube en tissu à arc de cercle. Cette exigence ne sert qu'à améliorer la résistance de liaison de la Feuille de cuivre dans les circuits basse fréquence, alors que dans les circuits haute fréquence, le respect de cette exigence permet de réduire les interférences de réflexion et de couplage entre les signaux haute fréquence.


4. Notez la "diaphonie" introduite par les lignes de signal lors du câblage parallèle et du câblage rapproché.


Pour le câblage des circuits haute fréquence, il convient de noter la "diaphonie" introduite par les lignes de signaux parallèles rapprochées. Par diaphonie, on entend un phénomène de couplage entre des lignes de signal qui ne sont pas directement connectées. Comme les signaux à haute fréquence sont transmis le long de la ligne de transmission sous forme d'ondes électromagnétiques, la ligne de signal agira comme une antenne et l'énergie du champ électromagnétique sera émise autour de la ligne de transmission. En raison du couplage des champs électromagnétiques, les signaux bruités indésirables entre les signaux sont appelés diaphonie. Les paramètres de la couche PCB, l'espacement des lignes de signal, les caractéristiques électriques des bornes d'émission et de réception et la méthode de connexion des lignes de signal ont tous une certaine influence sur la diaphonie. Par conséquent


PCB multicouche

(1) s'il y a une diaphonie grave entre deux fils, si l'espace de câblage le permet, un fil de terre ou un plan de masse peut être inséré entre les deux fils, ce qui peut jouer un rôle d'isolation et réduire la diaphonie.

(2) Lorsque l'espace autour de la ligne de signal lui - même a un champ électromagnétique variable, si la distribution parallèle ne peut pas être évitée, une grande surface de « Terre» peut être placée de l'autre côté de la ligne de signal parallèle, ce qui peut réduire considérablement les interférences.

(3) l'espace entre les lignes de signal adjacentes peut être augmenté à condition qu'il y ait suffisamment d'espace de câblage et la longueur parallèle des lignes de signal peut être réduite. Les lignes d'horloge doivent être perpendiculaires aux lignes de signaux clés et non parallèles.


(4) Si des lignes parallèles dans la même couche sont presque inévitables, elles doivent être perpendiculaires les unes aux autres dans les couches adjacentes.

(5) dans les circuits numériques, le signal d'horloge habituel est un signal de changement de bord rapide et la diaphonie externe est très grande. Par conséquent, dans la conception, il est recommandé que le fil d'horloge soit mis à la masse et laisse plus de place au fil de masse pour réduire la capacité de distribution et donc la diaphonie.

(6) L'horloge de signal à haute fréquence doit, dans la mesure du possible, utiliser un signal d'horloge différentiel à basse tension et veiller à l'intégrité des perforations.

(7) ne Suspendez pas les pieds vides, mais mettez - les à la terre ou connectez - les à une source d'alimentation, car le câble suspendu peut être équivalent à une antenne émettrice, la mise à la terre supprimera les émissions, etc.


5. La ligne de sol du signal numérique haute fréquence et la ligne de sol du signal analogique doivent être isolées.


Lors de la connexion d'une ligne de terre analogique, d'une ligne de terre numérique, etc. à une ligne de terre commune, utilisez une liaison à haute fréquence par billes magnétiques à étranglement ou Isolez - la directement et choisissez une connexion à point unique appropriée. Le signal numérique haute fréquence du potentiel de masse de la ligne de masse n'est pas cohérent, il existe une différence de tension directe entre les deux, et la ligne de masse du signal numérique haute fréquence a tendance à contenir beaucoup. Lorsqu'il est directement connecté à un signal numérique, le signal haute fréquence est mis à la terre avec le signal de composante harmonique et le signal analogique est mis à la terre. Les harmoniques du signal haute fréquence seront Couplées aux interférences du signal analogique par voie de terre. Ainsi, dans des conditions normales, la ligne de masse du signal numérique haute fréquence et la ligne de masse du signal analogique doivent être isolées pour éviter la diaphonie entre la masse numérique et la masse analogique.


6. Augmenter la capacité de découplage haute fréquence de la broche d'alimentation du module IC.

Ajoutez un condensateur de découplage haute fréquence près de la broche d'alimentation de chaque module IC. L'augmentation du condensateur de découplage haute fréquence de la broche d'alimentation du module IC peut inhiber efficacement l'interférence des harmoniques haute fréquence sur la broche d'alimentation.


7. Évitez les boucles lors du câblage.

Lors du câblage, les différents signaux haute fréquence ne doivent pas former de boucle. Si cela est inévitable, la zone de boucle doit être aussi petite que possible.


8. Les signaux clés doivent assurer les exigences d'adaptation d'impédance.

Lors de la transmission, lorsque les impédances ne sont pas adaptées, le signal est réfléchi dans le canal de transmission, ce qui provoque un dépassement du signal résultant, ce qui provoque des fluctuations du signal autour d'un seuil logique. La méthode de base pour éliminer la réflexion est de bien adapter l'impédance du signal transmis. Comme la différence entre l'impédance de charge et l'impédance caractéristique de la ligne de transmission est importante et que la réflexion est importante, l'impédance caractéristique de la ligne de transmission du signal doit être aussi égale que possible à la charge et à l'impédance. Dans le même temps, il est à noter que les lignes de transmission sur le PCB ne peuvent pas être changées ou pliées brusquement et garder l'impédance continue entre les points de la ligne de transmission autant que possible, sinon il y aurait une réflexion entre chaque segment de la ligne de transmission. Lorsque vous effectuez un câblage PCB haute vitesse, vous devez suivre les règles de câblage suivantes:


(1) Règles de câblage LVDS. Le signal LVDS nécessite des lignes de distribution différentielle avec une largeur de ligne de 7 mils et un espacement de ligne de 6 mils.

(2) Règles de câblage USB. La ligne de distribution différentielle nécessite un signal USB, la largeur de ligne est de 10 mil, l'espacement des lignes est de 6 mil, l'espacement des lignes de terre et de signal est de 6 mm;

(3) Règles de câblage HDMI. Nécessite une ligne de distribution différentielle de signal HDMI, largeur de ligne 10mil, espacement des lignes 6mil, deux groupes de signaux différentiels hdm1 espacés de plus de 20mil.


(4) Règles de câblage DDR. Le câblage DDR exige que le signal soit le moins perforé possible. Les lignes de signal ont la même largeur et ces lignes sont également espacées. Le câblage doit respecter le principe 3W pour réduire la diaphonie entre les signaux.


Réduit la diaphonie entre les signaux

Outre les méthodes de conception décrites ci - dessus, les signaux à haute fréquence sont susceptibles de générer un rayonnement électromagnétique important lors du routage. Les ingénieurs devraient essayer d'éviter le branchement de signal à grande vitesse ou le câblage de souche lors du câblage de PCB. Si la ligne de signal haute fréquence est connectée entre l'alimentation et le sol, le rayonnement généré par les ondes électromagnétiques absorbées par l'alimentation et la couche inférieure sera considérablement réduit. En bref, les circuits haute fréquence ont généralement un haut degré d'intégration et une densité de lignes de câblage élevée. L'utilisation de plaques multicouches est un moyen nécessaire et efficace de réduire les perturbations. Dans la phase de mise en page de PCB, il devrait être raisonnable de choisir la taille d'une certaine couche de carte de circuit imprimé et d'utiliser pleinement la couche intermédiaire pour définir le blindage et mieux atteindre le plan de masse proche.