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

I dispositivi correnti si stanno sviluppando in direzione di alta velocità, basso consumo di energia, piccole dimensioni e alta anti-interferenza. La progettazione di PCB è una fase importante della progettazione di prodotti elettronici. Può realizzare la connessione e la funzione tra 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 del PCB ad alta velocità

Quando si progettano diagrammi schematici elettrici, dovrebbero essere utilizzate schede di moduli funzionali multiple in base ai requisiti strutturali e alla divisione funzionale e dovrebbero essere determinati le dimensioni fisiche e il metodo di installazione di ogni scheda funzionale. La comodità di debug e manutenzione, schermazione, dissipazione del calore e prestazioni EMI dovrebbero anche essere prese in considerazione.

Quando si pianifica il layout, è necessario determinare il piano di layout, come 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 del PCB. E dopo che l'intero processo di layout è completato, non è alcun problema controllare le regole complete prima di un'ulteriore progettazione.

A proposito della progettazione del layout del PCB a più strati:

I circuiti ad alta frequenza sono di solito 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 del PCB, è necessario pianificare ragionevolmente le dimensioni e il numero di strati della scheda, in modo che lo strato intermedio possa essere pienamente utilizzato per la progettazione, che può non solo eseguire il trattamento di messa a terra, ridurre efficacemente l'induttanza parassitaria, accorciare la lunghezza di trasmissione del segnale, ma anche ridurre notevolmente il segnale e altri fattori. Interferenza incrociata e altri vantaggi, i metodi di cui sopra sono favorevoli alla progettazione di affidabilità dei circuiti ad alta frequenza. Anche se viene utilizzato lo stesso materiale di lamiera, il rumore della scheda a quattro strati è inferiore a 20dB rispetto a quello della scheda a doppio lato. Tuttavia, c'è anche un problema, cioè, più strati di PCB, più complesso è il processo di fabbricazione e più alto è il costo. Ciò richiede che nel layout del PCB, oltre alla selezione del numero appropriato di strati del PCB, sia effettuato anche un layout ragionevole dei componenti. Pianificare e utilizzare regole di cablaggio adeguate per completare la progettazione.

I seguenti otto punti sono elaborati intorno alla progettazione di layout di PCB a più strati:

Progettazione di layout di PCB a più strati

1.Il minor numero di condotti incrociati di perni tra strati di circuito ad alta frequenza, meglio.

Ciò significa che meno Via utilizzato nella connessione, meglio. La ragione è che Via può portare circa 0,5pF di 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 piombo tra i perni del circuito ad alta frequenza, meglio è.

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

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

È meglio utilizzare una linea retta per i cavi ad alta frequenza. Se avete bisogno di piegare, è possibile utilizzare il routing a 45 gradi o il routing ad arco. Questo requisito è utilizzato solo per migliorare la resistenza di legame del foglio di rame in circuiti a bassa frequenza e in 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 vicine.

Per il cablaggio di circuiti ad alta frequenza, si dovrebbe prestare attenzione al "crosstalk" introdotto da linee di segnale parallele a distanze strette. Crosstalk si riferisce al fenomeno di accoppiamento tra linee di segnale che non sono direttamente collegate. Poiché i segnali ad alta frequenza vengono 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 verrà emessa intorno alla linea di trasmissione. A causa dell'accoppiamento dei campi elettromagnetici, i segnali di rumore indesiderati tra i segnali sono chiamati crosstalk. I parametri dello strato del PCB, lo spaziamento delle linee di segnale, le caratteristiche elettriche dei terminali trasmettitori e ricevitori e il metodo di connessione delle linee di segnale hanno tutti un certo impatto sul crosstalk. pertanto,

(1) Se c'è un serio crosstalk tra due cavi, se lo spazio di cablaggio lo consente, è possibile inserire un filo di terra o piano di terra tra i due cavi, che può svolgere un ruolo in isolamento e ridurre il crosstalk.

(2) Quando lo spazio intorno alla linea di segnale stessa ha un campo elettromagnetico variabile, se la distribuzione parallela non può essere evitata, una grande area "terra" può essere impostata sull'altro lato della linea di segnale parallela, che può ridurre notevolmente le interferenze.

(3) Sulla premissa di sufficiente spazio di cablaggio, lo spazio tra 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 solito segnale dell'orologio è un segnale di cambio rapido del bordo e il crosstalk esterno è molto grande. Pertanto, nella progettazione, 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 il crosstalk.

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

(7) Non sospendere il piede vuoto, ma mettere a terra o connettersi all'alimentatore, perché il filo 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 del segnale digitale ad alta frequenza e il cavo di terra del segnale analogico dovrebbero essere isolati.

Quando si collega il cavo di terra analogico, il cavo di terra digitale, ecc. al cavo di terra comune, utilizzare perle magnetiche di soffocamento ad alta frequenza per collegare o isolare direttamente e selezionare la connessione a punto singolo appropriata. I segnali digitali ad alta frequenza del potenziale di terra del filo di terra sono incoerenti e c'è una differenza di tensione diretta tra i due, e il filo di terra di segnale digitale ad alta frequenza spesso contiene molto. Quando collegato direttamente al segnale digitale, il segnale ad alta frequenza è messo a terra il segnale di componente armonico e il segnale analogico sono messi a terra. Le armoniche del segnale ad alta frequenza saranno accoppiate all'interferenza dei segnali analogici per mezzo di 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 il crosstalk tra la terra digitale e la terra analogica.

6. Aumentare il condensatore di accoppiamento ad alta frequenza del pin di alimentazione del modulo IC.

Aggiungere condensatori di scoppiamento ad alta frequenza vicino ai pin di alimentazione di ogni modulo IC. Aumentare il condensatore di accoppiamento ad alta frequenza del pin di alimentazione del modulo IC può sopprimere efficacemente l'interferenza degli armonici ad alta frequenza sul pin di alimentazione.

7. Evitare anelli durante il cablaggio.

Durante il cablaggio, vari segnali ad alta frequenza non dovrebbero formare un anello. Se è inevitabile, l'area dell'anello 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 sarà riflesso nel canale di trasmissione, il che farà superare il segnale sintetizzato, causando la fluttuazione del segnale vicino alla soglia logica. Il metodo di base per eliminare i riflessi è quello di corrispondere bene all'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 angolare, e mantenere l'impedenza tra i punti della linea di trasmissione il più continuo possibile, altrimenti ci saranno riflessioni tra ogni sezione della linea di trasmissione. Questo deve seguire le seguenti regole di cablaggio durante l'esecuzione di cablaggio PCB ad alta velocità:

(1) Regole di cablaggio LVDS. I segnali LVDS devono essere indirizzati differenzialmente, con una larghezza di linea di 7 mils e una distanza di linea di 6 mils.

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

(3) Regole di cablaggio HDMI. È necessario cablaggio differenziale del segnale HDMI, la larghezza della linea è di 10mil, la distanza della linea è di 6mil e la distanza tra i due insiemi di segnali differenziali HDM1 supera i 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 ugualmente spaziate. Il cablaggio deve rispettare il principio 3W per ridurre il crosstalk tra i segnali.

Ridurre il crosstalk tra segnali

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