高頻電路設計需要知道的幾點布線技巧


原標題:高頻電路設計需要知道的幾點布線技巧
高頻電路設計中的布線技巧至關(guān)重要,以下是一些關(guān)鍵的布線技巧:
多層板布線:
高頻電路往往集成度較高,布線密度大,采用多層板既是布線所必須,也是降低干擾的有效手段。
合理的選擇一定層數(shù)的印制板尺寸,能充分利用中間層來設置屏蔽,更好地實現(xiàn)就近接地,并有效地降低寄生電感和縮短信號的傳輸長度。
同種材料時,四層板要比雙面板的噪聲低20dB。但PCB層數(shù)越高,制造工藝越復雜,單位成本也越高。
引線彎折:
高頻電路布線的引線最好采用全直線,需要轉(zhuǎn)折時,可用45度折線或者圓弧轉(zhuǎn)折。
這種要求在低頻電路中僅用于提高銅箔的固著強度,而在高頻電路中,滿足這一要求可以減少高頻信號對外的發(fā)射和相互間的耦合。
引線長度:
信號的輻射強度與信號線的走線長度成正比,高頻的信號引線越長,越容易耦合到靠近它的元器件上。
因此,對于諸如信號的時鐘、晶振、DDR的數(shù)據(jù)、LVDS線、USB線、HDMI線等高頻信號線,要求走線盡可能短。
層間交替:
高頻電路器件管腳間的引線層間交替越少越好,即元件連接過程中所用的過孔(Via)越少越好。
一個過孔可帶來約0.5pF的分布電容,減少過孔數(shù)能顯著提高速度和減少數(shù)據(jù)出錯的可能性。
信號線串擾:
高頻電路布線要注意信號線近距離平行走線所引入的“串擾”,即沒有直接連接的信號線之間的耦合現(xiàn)象。
由于高頻信號沿著傳輸線是以電磁波的形式傳輸?shù)?,信號線會起到天線的作用,電磁場的能量會在傳輸線的周圍發(fā)射,信號之間由于電磁場的相互耦合而產(chǎn)生的不期望的噪聲信號稱為串擾(Crosstalk)。
在布線空間許可的前提下,可以加大相鄰信號線間的間距,減小信號線的平行長度,時鐘線盡量與關(guān)鍵信號線垂直而不要平行。
在數(shù)字電路中,時鐘信號通常是邊沿變化快的信號,對外串擾大。因此,設計中時鐘線宜用地線包圍起來并多打地線孔來減少分布電容,從而減少串擾。
高頻退藕電容:
每個集成電路塊的電源引腳就近增加一個高頻退藕電容,可以有效地抑制電源引腳上的高頻諧波形成干擾。
地線隔離:
高頻數(shù)字信號的地線和模擬信號地線需要做隔離,可以采用在合適位置單點互聯(lián)的方式,或者采用高頻扼流磁珠互聯(lián)的方式。
這是因為高頻數(shù)字信號的地線的地電位一般是不一致的,兩者直接連接時,高頻信號的諧波會通過地線耦合的方式對模擬信號進行干擾。
避免環(huán)路:
各類高頻信號走線盡量不要形成環(huán)路,若無法避免則應使環(huán)路面積盡量小。
阻抗匹配:
信號在傳輸過程中,當阻抗不匹配時,信號就會在傳輸通道中發(fā)生反射,反射會使合成信號形成過沖,導致信號在邏輯門限附近波動。
因此,應盡可能使信號傳輸線的特性阻抗與負載阻抗相等。
同時還要注意PCB上的傳輸線不能出現(xiàn)突變或拐角,盡量保持傳輸線各點阻抗連續(xù),否則在傳輸線各段之間也將會出現(xiàn)反射。
信號完整性:
保持信號傳輸?shù)耐暾?,防止由于地線分割引起的“地彈現(xiàn)象”。
此外,在高頻電路布線時,還需要遵守一些特定的布線規(guī)則,如:
HDMI布線規(guī)則:要求HDMI信號差分走線,線寬10mil,線距6mil,每兩組HDMI差分信號對的間距超過20mil。
LVDS布線規(guī)則:要求LVDS信號差分走線,線寬7mil,線距6mil,目的是控制HDMI的差分信號對阻抗為100+-15%歐姆。
DDR布線規(guī)則:DDR1走線要求信號盡量不走過孔,信號線等寬,線與線等距,走線必須滿足2W原則,以減少信號間的串擾。對DDR2及以上的高速器件,還要求高頻數(shù)據(jù)走線等長,以保證信號的阻抗匹配。
綜上所述,高頻電路設計中的布線技巧涉及多個方面,需要綜合考慮布線密度、引線彎折、引線長度、層間交替、信號線串擾、高頻退藕電容、地線隔離、避免環(huán)路、阻抗匹配以及信號完整性等因素。通過合理的布線設計和規(guī)劃,可以提高高頻電路的性能和可靠性。
責任編輯:David
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