原创 干货 | 关于PCB高频电路板布线那些事

2018-9-27 09:42 921 2 2 分类: PCB 文集: 干货

随着电子技术快速发展,以及无线通信技术在各领域的广泛应用,高频、高速、高密度已逐步成为现代电子产品的显著发展趋势之一。信号传输高频化和高速数字化,迫使PCB走向微小孔与埋/盲孔化、导线精细化、介质层均匀薄型化,高频高速高密度多层PCB设计技术已成为一个重要的研究领域。本文首先对高频电路板做了简单介绍,其次阐述了PCB设计高频电路板布线技巧,最后介绍了PCB设计高频电路板布线注意事项。  

高频电路板简介

高频电路板是电磁频率较高的特种电路板,一般来说,高频可定义为频率在1GHz以上。其各项物理性能、精度、技术参数要求非常高,常用于汽车防碰撞系统、卫星系统、无线电系统等领域。


该实用新型提供的这种高频电路板,于芯板中空槽的上开口和下开口边缘处设有可阻挡流胶的挡边,这样,芯板与置于其上表面和下表面的覆铜板粘合时流胶不会进入中空槽内,即一次压合即可完成粘接操作,较现有技术需经二次压合才能完成的高频电路板,该实用新型中的高频电路板结构简单,成本低,易于制造。

PCB设计高频电路板布线技巧

一、高速电子器件管脚间的引线弯折越少越好


高频电路布线的引线最好采用全直线,需要转折,可用45度折线或者圆弧转折,这种要求在低频电路中仅仅用于提高铜箔的固着强度,而在高频电路中,满足这一要求却可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。


二、高频电路器件管脚间的引线层间交替越少越好


所谓“引线的层间交替越少越好”是指元件连接过程中所用的过孔(Via)越少越好。一个过孔可带来约0.5pF的分布电容,减少过孔数能显着提高速度和减少数据出错的可能性。


三、高频电路器件管脚间的引线越短越好


信号的辐射强度是和信号线的走线长度成正比的,高频的信号引线越长,它就越容易耦合到靠近它的元器件上去,所以对于诸如信号的时钟、晶振、DDR的数据、LVDS线、USB线、HDMI线等高频信号线都是要求尽可能的走线越短越好。  



四、注意信号线近距离平行走线引入的“串扰”


高频电路布线要注意信号线近距离平行走线所引入的“串扰”,串扰是指没有直接连接的信号线之间的耦合现象。由于高频信号沿着传输线是以电磁波的形式传输的,信号线会起到天线的作用,电磁场的能量会在传输线的周围发射,信号之间由于电磁场的相互耦合而产生的不期望的噪声信号称为串扰(Crosstalk)。PCB板层的参数、信号线的间距、驱动端和接收端的电气特性以及信号线端接方式对串扰都有一定的影响。所以为了减少高频信号的串扰,在布线的时候要求尽可能的做到以下几点:


(1)如果同一层内的平行走线几乎无法避免,在相邻两个层,走线的方向务必却为相互垂直;


(2)在布线空间允许的条件下,在串扰较严重的两条线之间插入一条地线或地平面,可以起到隔离的作用而减少串扰;


(3)当信号线周围的空间本身就存在时变的电磁场时,若无法避免平行分布,可在平行信号线的反面布置大面积“地”来大幅减少干扰;


(4)在数字电路中,通常的时钟信号都是边沿变化快的信号,对外串扰大。所以在设计中,时钟线宜用地线包围起来并多打地线孔来减少分布电容,从而减少串扰;


(5)对高频信号时钟尽量使用低电压差分时钟信号并包地方式,需要注意包地打孔的完整性;


(6)在布线空间许可的前提下,加大相邻信号线间的间距,减小信号线的平行长度,时钟线尽量与关键信号线垂直而不要平行;


(7)闲置不用的输入端不要悬空,而是将其接地或接电源(电源在高频信号回路中也是地),因为悬空的线有可能等效于发射天线,接地就能抑制发射。实践证明,用这种办法消除串扰有时能立即见效。


五、集成电路块的电源引脚增加高频退藕电容


每个集成电路块的电源引脚就近增一个高频退藕电容。增加电源引脚的高频退藕电容,可以有效地抑制电源引脚上的高频谐波形成干扰。


六、高频数字信号的地线和模拟信号地线做隔离


模拟地线、数字地线等接往公共地线时要用高频扼流磁珠连接或者直接隔离并选择合适的地方单点互联。高频数字信号的地线的地电位一般是不一致的,两者直接常常存在一定的电压差,而且,高频数字信号的地线还常常带有非常丰富的高频信号的谐波分量,当直接连接数字信号地线和模拟信号地线时,高频信号的谐波就会通过地线耦合的方式对模拟信号进行干扰。所以通常情况下,对高频数字信号的地线和模拟信号的地线是要做隔离的,可以采用在合适位置单点互联的方式,或者采用高频扼流磁珠互联的方式。


七、避免走线形成的环路


各类高频信号走线尽量不要形成环路,若无法避免则应使环路面积尽量小。

PCB设计高频电路板布线注意事项

1)合理选择层数


在PCB设计中对高频电路板布线时,利用中间内层平面作为电源和地线层,可以起到屏蔽的作用,有效降低寄生电感、缩短信号线长度、降低信号间的交叉干扰,一般情况下,四层板比两层板的噪声低 20dB。


2)走线方式

在PCB设计中对高频电路板布线时,走线必须按照 45°角拐弯,这样可以减小高频信号的发射和相互之间的耦合。


(3)走线长度


在PCB设计中对高频电路板布线时,走线长度越短越好,两根线并行距离越短越好。


(4)过孔数量


在PCB设计中对高频电路板布线时,过孔数量越少越好。



5)层间布线方向


在PCB设计中对高频电路板布线时,层间布线方向应该取垂直方向,就是顶层为水平方向,底层为垂直方向,这样可以减小信号间的干扰。


6)敷铜


在PCB设计中对高频电路板布线时,增加接地的敷铜可以减小信号间的干扰。


7)包地


在PCB设计中对高频电路板布线时,对重要的信号线进行包地处理,可以显著提高该信号的抗干扰能力,当然还可以对干扰源进行包地处理,使其不能干扰其它信号。


8)信号线


在PCB设计中对高频电路板布线时,信号走线不能环路,需要按照菊花链方式布线。


9)去耦电容


在PCB设计中对高频电路板布线时,在集成电路的电源端跨接去耦电容。


10)高频扼流


在PCB设计中对高频电路板布线时,数字地、模拟地等连接公共地线时要接高频扼流器件,一般是中心孔穿有导线的高频铁氧体磁珠。

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