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高频电路设计需要知道的几点布线技巧

来源: 中电网
2021-05-06
类别:业界动态
eye 20
文章创建人 拍明

原标题:高频电路设计需要知道的几点布线技巧

高频电路设计中的布线技巧至关重要,以下是一些关键的布线技巧:

  1. 多层板布线

    • 高频电路往往集成度较高,布线密度大,采用多层板既是布线所必须,也是降低干扰的有效手段。

    • 合理的选择一定层数的印制板尺寸,能充分利用中间层来设置屏蔽,更好地实现就近接地,并有效地降低寄生电感和缩短信号的传输长度。

    • 同种材料时,四层板要比双面板的噪声低20dB。但PCB层数越高,制造工艺越复杂,单位成本也越高。

  2. 引线弯折

    • 高频电路布线的引线最好采用全直线,需要转折时,可用45度折线或者圆弧转折。

    • 这种要求在低频电路中仅用于提高铜箔的固着强度,而在高频电路中,满足这一要求可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。

  3. 引线长度

    • 信号的辐射强度与信号线的走线长度成正比,高频的信号引线越长,越容易耦合到靠近它的元器件上。

    • 因此,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,要求走线尽可能短。

  4. 层间交替

    • 高频电路器件管脚间的引线层间交替越少越好,即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,减少过孔数能显著提高速度和减少数据出错的可能性。

  5. 信号线串扰

    • 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”,即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)。

    • 在布线空间许可的前提下,可以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。

    • 在数字电路中,时钟信号通常是边沿变化快的信号,对外串扰大。因此,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。

  6. 高频退藕电容

    • 每个集成电路块的电源引脚就近增加一个高频退藕电容,可以有效地抑制电源引脚上的高频谐波形成干扰。

  7. 地线隔离

    • 高频数字信号的地线和模拟信号地线需要做隔离,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。

    • 这是因为高频数字信号的地线的地电位一般是不一致的,两者直接连接时,高频信号的谐波会通过地线耦合的方式对模拟信号进行干扰。

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  1. 避免环路

    • 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。

  2. 阻抗匹配

    • 信号在传输过程中,当阻抗不匹配时,信号就会在传输通道中发生反射,反射会使合成信号形成过冲,导致信号在逻辑门限附近波动。

    • 因此,应尽可能使信号传输线的特性阻抗与负载阻抗相等。

    • 同时还要注意PCB上的传输线不能出现突变或拐角,尽量保持传输线各点阻抗连续,否则在传输线各段之间也将会出现反射。

  3. 信号完整性

    • 保持信号传输的完整性,防止由于地线分割引起的“地弹现象”。

此外,在高频电路布线时,还需要遵守一些特定的布线规则,如:

  • HDMI布线规则:要求HDMI信号差分走线,线宽10mil,线距6mil,每两组HDMI差分信号对的间距超过20mil。

  • LVDS布线规则:要求LVDS信号差分走线,线宽7mil,线距6mil,目的是控制HDMI的差分信号对阻抗为100+-15%欧姆。

  • DDR布线规则:DDR1走线要求信号尽量不走过孔,信号线等宽,线与线等距,走线必须满足2W原则,以减少信号间的串扰。对DDR2及以上的高速器件,还要求高频数据走线等长,以保证信号的阻抗匹配。

综上所述,高频电路设计中的布线技巧涉及多个方面,需要综合考虑布线密度、引线弯折、引线长度、层间交替、信号线串扰、高频退藕电容、地线隔离、避免环路、阻抗匹配以及信号完整性等因素。通过合理的布线设计和规划,可以提高高频电路的性能和可靠性。


责任编辑:David

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