高頻PCB布線的設計與技巧

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高頻PCB布線的設計與技巧

發布時間：2017-09-14 點擊數：載入中...

高(gāo)頻電路往往集成度較高，布線密度大，采用多層闆既是布線所必須，也是降低幹擾(rǎo)的有效手段。在PCB 布局階(jiē)段，合理的選擇一定層數的印制闆尺寸，能充(chōng)分(fèn)利用中間層來設(shè)置屏蔽，更好地實現就近接地，并(bìng)有效地降低寄生電感(gǎn)和縮短信号的傳輸長度，同時還能大幅度地降低信号的交(jiāo)叉幹擾等。同種(zhǒng)材料時，四層闆要比雙面闆的(de)噪聲低20dB。但是，同時也存(cún)在一個問題，PCB半層數越高，制造工藝越複雜，單位成本也就(jiù)越高(gāo)，這就要求在進行PCB 布局時(shí)，除了選擇(zé)合适的層數的PCB闆，還需要進行(háng)合理(lǐ)的元器件(jiàn)布局規劃，并采用正确的布線規則來完成設計。今天就将以本文來介紹在(zài)PCB設(shè)計中的高頻電路布線技巧。?
??? 1、高頻電路器件管腳間的引線層間(jiān)交替越(yuè)少(shǎo)越好?

??? 所謂“引線(xiàn)的層(céng)間交替越少越好”是指元件(jiàn)連接過(guò)程中所用的過孔(Via)越少越(yuè)好。一個過孔可帶來約0.5pF的分布電容，減少過孔數能顯着(zhe)提高速度(dù)和減(jiǎn)少數據出錯的可能性。?

??? 2、高頻電路器(qì)件管腳間的引(yǐn)線(xiàn)越短(duǎn)越好?

??? 信号的輻射強度是和信号線的走線長度成正比的，高頻的信(xìn)号引線越長，它就越容易耦合到靠(kào)近它的元器件上去，所以對于諸如(rú)信号的時鐘、晶振、DDR的數據(jù)、LVDS線(xiàn)、USB線、HDMI線等高頻信号線都是要求盡可能的走(zǒu)線越短越好。?

??? 3、高速電子器(qì)件管腳間的引(yǐn)線彎折越少越好?

??? 高頻電路布線的(de)引線最好采用全直線(xiàn)，需要轉折，可(kě)用45度折線或者圓弧轉折，這種要求在低頻電路中僅僅用于提高銅箔(bó)的固着強度，而在高頻電路中，滿足(zú)這一要求卻可以減少高頻信号對(duì)外的發射和相(xiàng)互間的耦合。?

??? 4、注意信号(hào)線近距離平行走線引入的“串擾”?

??? 高頻(pín)電路布線要注意信号線近距離平行走線所引入的“串擾”，串擾是指(zhǐ)沒有直接連接的信号(hào)線之間的(de)耦合現象(xiàng)。由(yóu)于高頻信号沿着傳(chuán)輸線是以電磁波的形式傳輸的，信号線會起到天線的作(zuò)用，電磁場的能量會(huì)在傳輸線的周圍發射，信号之間由于電磁場的相互耦合而(ér)産生的不期望的噪聲信号(hào)稱為串擾 (Crosstalk)。PCB闆層的(de)參數、信号線的間距、驅(qū)動端和接收端的電氣(qì)特性以及(jí)信号線端接方(fāng)式對串擾都有一定(dìng)的影響。所以為了減(jiǎn)少高頻信号的串擾，在布(bù)線的(de)時候要求盡可能的做到以下幾點(diǎn)：?

??? (1)在布(bù)線空間允許的條件下，在串擾(rǎo)較(jiào)嚴重的兩條線之(zhī)間插入一(yī)條地線或地平面，可(kě)以起到隔離的作(zuò)用而減少串擾;?

??? (2)當信号線周圍的空間本身就存在時變的電磁場時(shí)，若無法避(bì)免平行分(fèn)布，可在(zài)平行信(xìn)号線的反面布置大面積(jī)“地”來大幅減少幹擾;?

??? (3)在布線空間許可的前提下，加大相鄰信号線間的間距(jù)，減小信号線的平行長度，時鐘線盡(jìn)量與關鍵信号線垂直而(ér)不要平行(háng);?

??? (4)如(rú)果同一層内的平行走(zǒu)線幾乎無法(fǎ)避免，在相鄰兩個(gè)層，走線的方向務(wù)必卻為相互垂直;?

??? (5)在(zài)數字電路中，通常(cháng)的時鐘(zhōng)信号都是邊沿變化快的信号，對外串擾大。所以在設計中，時鐘(zhōng)線宜(yí)用地線包圍起(qǐ)來并多打地線孔來減少分布電容，從而減少串擾;?

??? (6)對高頻信号時鐘盡量使(shǐ)用低電壓差分時鐘信号并包地方式，需要注意包地打孔的完整性;?

??? (7)閑置不用的輸(shū)入(rù)端不要懸空，而是将其接地或接電(diàn)源(電源在高頻信(xìn)号回路(lù)中也是地)，因為懸空的線有可能等(děng)效于發射天線(xiàn)，接地就能抑制發射。實(shí)踐證明，用這種辦法消(xiāo)除串擾有時能立即見效。?

??? 5、高頻數字(zì)信号的地(dì)線和模拟信(xìn)号地線(xiàn)做隔離?

??? 模拟地線、數字地線等接往公共地線(xiàn)時要用高(gāo)頻扼流磁珠連(lián)接或(huò)者直接隔離并選擇合适(shì)的地(dì)方單點互聯。高頻數字信号的地線的地電位一般是不一緻的，兩者直(zhí)接常常存在一定的電(diàn)壓(yā)差，而且，高(gāo)頻數字信号的(de)地線還常常帶有非常豐富的高頻信号的諧波分量，當(dāng)直接連接數字信号地線和模拟信(xìn)号地線時，高頻信号的諧波就會通過地線耦合的方式對模拟信号進行幹擾。所以通常情況下，對高頻數字信号的地線和模拟信号的(de)地線(xiàn)是要做隔離的，可以采用在合适位置單點互(hù)聯的方式，或者采用高頻(pín)扼流磁珠(zhū)互聯(lián)的方式。?

??? 6、集成電路塊的電源引腳增加高(gāo)頻退藕電容?

??? 每個集(jí)成電路塊的電(diàn)源引腳就近增一個(gè)高頻退藕電容。增加電源引腳的高(gāo)頻退藕電容，可以有效地抑制電源引腳上的高(gāo)頻諧波形成幹擾。?

??? 7、避免走線形成的環路(lù)?

??? 各類高頻信号走線盡量不要形成環(huán)路，若無法(fǎ)避免則應使環路面積盡量小。?

??? 8、必須保證良好的信号阻抗匹配?

??? 信号在傳輸的過程中(zhōng)，當阻抗不匹配的(de)時候，信号就會(huì)在傳輸通(tōng)道中發生信号的反射，反射(shè)會使合成(chéng)信号形成過沖，導緻信号在邏輯門限附近波動。?

??? 消除反射的根本辦法是使(shǐ)傳輸信号的阻抗良好匹配，由于負載阻(zǔ)抗與傳輸線的特性阻抗(kàng)相差越大(dà)反射也越大，所以(yǐ)應盡可能使信号(hào)傳輸線的特性阻抗與負載阻抗相等。同時還(hái)要注意PCB上的傳(chuán)輸線(xiàn)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将會出現(xiàn)反射。這就要求在(zài)進行高速PCB布線時，必(bì)須要遵守以下布線(xiàn)規則：?

??? (1)LVDS布線規則。要求LVDS信号差分走線，線寬7mil，線距(jù)6mil，目的是控制HDMI的差分信号對阻抗為100+-15%歐姆;?

??? (2)USB布線規則。要求USB信号(hào)差分走線，線寬10mil，線距6mil，地線和信号線(xiàn)距6mil;?

??? (3)HDMI布線規則。要(yào)求HDMI信号差分走線，線寬10mil，線(xiàn)距6mil，每兩組(zǔ)HDMI差分信号對的間距超(chāo)過20mil;?

??? (4)DDR布線(xiàn)規則。DDR1走線(xiàn)要求信号(hào)盡量不走過孔，信号線等(děng)寬，線與線等距，走線(xiàn)必須滿足2W原則，以減少信(xìn)号間的串(chuàn)擾，對DDR2及以上的高速器件，還要求高(gāo)頻數據走線等長(zhǎng)，以保證信号的阻(zǔ)抗匹配。?

??? 保持信号(hào)傳輸的完整性，防(fáng)止由于地線分割引(yǐn)起的“地彈現象”。?

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