Tecnologia RF - Considerazioni di progettazione del layout PCB ad alta frequenza e ad alta densità

I dispositivi attuali si stanno sviluppando nella direzione di alta velocità, basso consumo energetico, piccole dimensioni e alta anti-interferenza. La progettazione del PCB è una fase importante della progettazione elettronica del prodotto. Può realizzare la connessione e la funzione tra i componenti elettronici ed è anche una parte importante della progettazione del circuito di alimentazione. I circuiti ad alta frequenza hanno una maggiore integrazione e una maggiore densità di layout, quindi come rendere il layout più ragionevole e scientifico per schede madri ad alta velocità e ad alta densità è molto importante.

Considerazioni di progettazione del layout PCB ad alta velocità

Quando si progettano schemi elettrici, dovrebbero essere utilizzate schede di moduli funzionali multiple in base ai requisiti strutturali e alla divisione funzionale e devono essere determinate le dimensioni fisiche e il metodo di installazione di ogni PCB di scheda funzionale. La convenienza di debug e manutenzione, schermatura, dissipazione del calore e prestazioni EMI dovrebbero essere considerate anche.

Quando si pianifica il layout, è necessario determinare il piano di layout, ad esempio circuiti chiave, linee di segnale, dettagli del metodo di cablaggio e principi di cablaggio da seguire. Attraverso l'ispezione, l'analisi e la modifica di diversi passaggi nel processo di progettazione PCB. E dopo che l'intero processo di layout è completato, non è un problema controllare le regole complete prima di ulteriori progetti.

Sulla progettazione di layout PCB multistrato:

I circuiti ad alta frequenza sono solitamente altamente integrati e hanno un design di cablaggio ad alta densità. Pertanto, l'uso di schede multistrato è principalmente un mezzo necessario ed efficace per ridurre le interferenze. Nella fase di layout PCB, è necessario pianificare ragionevolmente la dimensione e il numero di strati della scheda, in modo che lo strato intermedio possa essere pienamente utilizzato per la progettazione, che non solo può eseguire il trattamento di messa a terra, efficacemente ridurre l'induttanza parassitaria, accorciare la lunghezza di trasmissione del segnale, ma anche notevolmente ridurre il segnale e altri fattori. Interferenza incrociata e altri vantaggi, i metodi di cui sopra favoriscono la progettazione di affidabilità dei circuiti ad alta frequenza. Anche se viene utilizzato lo stesso materiale del foglio, il rumore della scheda a quattro strati è 20 dB inferiore a quello della scheda bifacciale. Tuttavia, c'è anche un problema, cioè più strati di PCB, più complesso è il processo di produzione e più alto è il costo. Ciò richiede che nel layout PCB, oltre a selezionare il numero appropriato di strati PCB, venga effettuato anche un layout ragionevole dei componenti. Pianificare e utilizzare regole di cablaggio appropriate per completare la progettazione. I seguenti otto punti sono elaborati intorno alla progettazione del layout PCB multistrato:

Progettazione di layout PCB multistrato

1. Meno cavi incrociati di pin tra gli strati del circuito ad alta frequenza, meglio è.

Ciò significa che meno Via utilizzata nella connessione, meglio è. Il motivo è che Via può portare circa 0.5pF capacità distribuita, e ridurre il numero di Via può aumentare la velocità di risposta e ridurre la possibilità di errori di dati.

2. Più breve è il cavo tra i pin del circuito ad alta frequenza, meglio è.

L'intensità di radiazione del segnale è proporzionale alla lunghezza del cablaggio della linea del segnale. Più lungo è il cablaggio del segnale ad alta frequenza, più facile è accoppiarsi ai suoi dispositivi. Pertanto, per le linee di segnale ad alta frequenza come orologio del segnale, oscillatore di cristallo, dati DDR, LVDS, USB e HDMI, minore è la lunghezza del cablaggio, migliore è e se c'è spazio, deve essere confezionato.

3. In apparecchiature elettroniche ad alta frequenza, più piccola è la flessione del cablaggio tra i perni, meglio.

È meglio utilizzare una linea retta per cavi ad alta frequenza. Se è necessario piegare, è possibile utilizzare il routing a 45 gradi o il routing ad arco. Questo requisito è utilizzato solo per migliorare la forza di legame del foglio di rame nei circuiti a bassa frequenza e nei circuiti ad alta frequenza, soddisfare questo requisito può ridurre la riflessione e l'interferenza di accoppiamento tra segnali ad alta frequenza.

4. Prestare attenzione al "crosstalk" introdotto dalle linee di segnale in cablaggio parallelo e distanze ravvicinate.

Per il cablaggio di circuiti ad alta frequenza, si dovrebbe prestare attenzione alla "crosstalk" introdotta da linee di segnale parallele a distanze ravvicinate. Crosstalk si riferisce al fenomeno di accoppiamento tra linee di segnale che non sono direttamente collegate. Poiché i segnali ad alta frequenza sono trasmessi lungo la linea di trasmissione sotto forma di onde elettromagnetiche, la linea di segnale agirà come un'antenna e l'energia del campo elettromagnetico sarà emessa intorno alla linea di trasmissione. A causa dell'accoppiamento dei campi elettromagnetici, i segnali indesiderati di rumore tra i segnali sono chiamati crosstalk. I parametri dello strato PCB, la spaziatura delle linee di segnale, le caratteristiche elettriche dei terminali di trasmissione e ricezione e il metodo di connessione delle linee di segnale hanno tutti un certo impatto sul crosstalk. pertanto,

(1) Se c'è una conversazione incrociata seria tra due fili, se lo spazio di cablaggio lo consente, è possibile inserire un filo di terra o un piano di terra tra i due fili, che può svolgere un ruolo nell'isolamento e ridurre la conversazione incrociata.

(2) Quando lo spazio intorno alla linea del segnale stesso ha un campo elettromagnetico variabile, se la distribuzione parallela non può essere evitata, una grande area "terra" può essere impostata dall'altro lato della linea del segnale parallelo, che può ridurre notevolmente l'interferenza.

(3) Sulla premessa di spazio di cablaggio sufficiente, lo spazio tra le linee di segnale adiacenti può essere aumentato e la lunghezza parallela delle linee di segnale può essere ridotta. La linea dell'orologio dovrebbe essere perpendicolare alla linea del segnale chiave invece che parallela.

(4) Se le linee parallele nello stesso strato sono quasi inevitabili, devono essere perpendicolari l'una all'altra in strati adiacenti.

(5) Nei circuiti digitali, il segnale dell'orologio usuale è un segnale di cambio rapido del bordo e il crosstalk esterno è molto grande. Pertanto, nel design, si raccomanda che la linea dell'orologio sia messa a terra e faccia più spazio alla linea di terra per ridurre la capacità distribuita, riducendo così la conversazione incrociata.

(6) L'orologio del segnale ad alta frequenza dovrebbe utilizzare i segnali differenziali dell'orologio a bassa tensione il più possibile e prestare attenzione all'integrità della perforazione.

(7) Non sospendere il piede vuoto, ma terra o collegare all'alimentazione elettrica, perché il cavo di sospensione può essere equivalente all'antenna di trasmissione e la messa a terra può inibire la trasmissione e così via.

5. Il cavo di terra digitale ad alta frequenza del segnale e il cavo di terra analogico del segnale dovrebbero essere isolati.

Quando si collega il cavo di terra analogico, il cavo di terra digitale, ecc. al cavo di terra comune, utilizzare le perle magnetiche ad alta frequenza per collegare o isolare direttamente e selezionare il collegamento singolo appropriato. I segnali digitali ad alta frequenza del potenziale di massa del cavo di massa sono incoerenti e c'è una differenza di tensione diretta tra i due e il cavo di massa digitale ad alta frequenza spesso contiene molto. Quando direttamente collegato al segnale digitale, il segnale armonico a terra del segnale ad alta frequenza del componente e il segnale analogico sono messi a terra. Le armoniche del segnale ad alta frequenza saranno accoppiate all'interferenza dei segnali analogici tramite terra. Pertanto, in circostanze normali, il cavo di terra del segnale digitale ad alta frequenza e il cavo di terra del segnale analogico dovrebbero essere isolati per evitare la crosstalk tra la terra digitale e la terra analogica.

6. aumentare il condensatore di disaccoppiamento ad alta frequenza del pin dell'alimentazione elettrica del modulo IC.

Aggiungere condensatori di disaccoppiamento ad alta frequenza vicino ai pin di alimentazione di ogni modulo IC. Aumentare il condensatore di disaccoppiamento ad alta frequenza del pin dell'alimentazione elettrica del modulo IC può efficacemente sopprimere l'interferenza delle armoniche ad alta frequenza sul pin dell'alimentazione elettrica.

7. Evitare i cicli durante il cablaggio.

Durante il cablaggio, vari segnali ad alta frequenza non dovrebbero formare un loop. Se è inevitabile, l'area del ciclo dovrebbe essere il più piccola possibile.

8. Il segnale chiave deve garantire i requisiti di corrispondenza dell'impedenza.

Nel processo di trasmissione, quando l'impedenza non corrisponde, il segnale si rifletterà nel canale di trasmissione, il che causerà il segnale sintetizzato a superare, causando il segnale a fluttuare vicino alla soglia logica. Il metodo di base per eliminare i riflessi è quello di abbinare bene l'impedenza del segnale trasmesso. Poiché la differenza tra l'impedenza di carico e l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione è grande e la riflessione è grande, l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione del segnale dovrebbe essere il più possibile uguale al carico e all'impedenza. Allo stesso tempo, va notato che la linea di trasmissione sul PCB non può cambiare improvvisamente o angolo e mantenere l'impedenza tra i punti della linea di trasmissione il più possibile continua, altrimenti ci saranno riflessi tra ogni sezione della linea di trasmissione. Questo deve seguire le seguenti regole di cablaggio quando si esegue il cablaggio PCB ad alta velocità:

(1) Regole di cablaggio LVDS. I segnali LVDS devono essere instradati in modo differenziale, con una larghezza di linea di 7 mil e una distanza di linea di 6 mil.

(2) Regole di cablaggio USB. Il cablaggio differenziale richiede segnali USB, la larghezza della linea è 10mil, la spaziatura della linea è 6mil e la spaziatura della linea di terra e del segnale è 6mil;

(3) Regole di cablaggio HDMI. È richiesto il cablaggio differenziale del segnale HDMI, la larghezza della linea è 10mil, la spaziatura della linea è 6mil e la spaziatura tra i due insiemi di segnali differenziali HDM1 supera 20mil.

(4) Regole di cablaggio DDR. Il cablaggio DDR richiede che i segnali non siano perforati il più possibile. Le linee di segnale hanno la stessa larghezza e le linee sono equamente distanziate. Il cablaggio deve rispettare il principio 3W per ridurre la conversazione incrociata tra i segnali.

Ridurre la conversazione incrociata tra i segnali

Oltre ai metodi di progettazione di cui sopra, i segnali ad alta frequenza sono inclini a grandi radiazioni elettromagnetiche quando vengono instradati. Gli ingegneri dovrebbero cercare di evitare la ramificazione del segnale ad alta velocità o il cablaggio del tronco dell'albero durante il cablaggio del PCB. Se la linea del segnale ad alta frequenza è collegata tra l'alimentazione elettrica e il suolo, la radiazione generata dall'onda elettromagnetica assorbita dall'alimentazione elettrica e dallo strato inferiore sarà notevolmente ridotta. In breve, i circuiti ad alta frequenza di solito hanno un alto grado di integrazione e alta densità di cablaggio. L'uso di schede multistrato è un mezzo necessario ed efficace per ridurre le interferenze. Nella fase di layout PCB, la dimensione di un certo strato di circuito stampato dovrebbe essere selezionata ragionevolmente e lo strato medio può essere completamente utilizzato per impostare lo scudo e ottenere meglio vicino al piano di terra.