高頻PCB布局的10條建議

如果數(shù)字邏輯電路的頻率達(dá)到或超過(guò)45 MHz至50 MHz，并且在此頻率以上工作的電路已經(jīng)占整個(gè)電子系統(tǒng)的一定量（例如，1/3），它通常被稱為高頻電路。高頻PCB設(shè)計(jì)是一個(gè)非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程，其布線對(duì)整體設(shè)計(jì)至關(guān)重要！

開(kāi)始步驟的多層板布線

高頻電路往往具有高集成度和高布線密度。多層電路板的使用既是布線所必需的，也是減少干擾的有效手段。在PCB布局階段，合理選擇一定數(shù)量的印刷電路板尺寸可以充分利用中間層來(lái)設(shè)置屏蔽，更好地實(shí)現(xiàn)近接地，有效降低寄生電感，縮短傳輸長(zhǎng)度通過(guò)減少信號(hào)的串?dāng)_等，所有這些方法都有利于高頻電路的可靠性。根據(jù)數(shù)據(jù)，四層板比雙板的噪音低20dB。但是，也存在問(wèn)題。 PCB半層數(shù)越高，制造工藝越復(fù)雜，單位成本越高。這要求我們?yōu)镻CB布局選擇適當(dāng)數(shù)量的PCB板。正確的組件布局規(guī)劃和正確的布線規(guī)則，以完成設(shè)計(jì)。

第二：高速電子設(shè)備引腳彎曲越小越好。

高頻電路布線的引線優(yōu)選為全線，需要轉(zhuǎn)動(dòng)，并且可以以45度線或圓弧折疊。該要求僅用于提高低頻電路中銅箔的固定強(qiáng)度，并且在高頻電路中，滿足內(nèi)容。一個(gè)要求是減少高頻信號(hào)的外部傳輸和互耦。

第三：高頻電路設(shè)備引腳之間的引線越短越好。

信號(hào)的輻射強(qiáng)度與信號(hào)線的跡線長(zhǎng)度成比例。高頻信號(hào)引線越長(zhǎng)，耦合到靠近它的元件越容易，因此對(duì)于信號(hào)時(shí)鐘，晶體，DDR，高頻信號(hào)線（如LVDS線，USB線和HDMI線）等數(shù)據(jù)要求盡可能短。

第四：高頻電路器件引腳之間引線層之間的過(guò)渡越少越好。

所謂“引線層之間的最小交替更好”意味著組件連接過(guò)程中使用的通孔（Via）越少越好。根據(jù)這一方面，通孔可以帶來(lái)約0.5pF的分布電容，減少通孔數(shù)可以顯著提高速度并降低數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的可能性。

第五：注意并行線路引入的“串?dāng)_”信號(hào)線。

高頻電路布線應(yīng)注意信號(hào)線平行線引入的“串?dāng)_”。串?dāng)_是指未直接連接的信號(hào)線之間的耦合現(xiàn)象。由于高頻信號(hào)以電磁波的形式沿著傳輸線傳輸，信號(hào)線充當(dāng)天線，并且電磁場(chǎng)的能量在傳輸線周圍發(fā)射，并且由相互產(chǎn)生的不期望的噪聲信號(hào)信號(hào)之間的電磁場(chǎng)耦合稱為串?dāng)_。 PCB層的參數(shù)，信號(hào)線的間距，驅(qū)動(dòng)器和接收器的電特性以及信號(hào)線的終端都對(duì)串?dāng)_產(chǎn)生一定的影響。因此，為了減少高頻信號(hào)的串?dāng)_，需要在布線過(guò)程中盡可能做到以下幾點(diǎn)：

在兩個(gè)接地之間插入接地或接地層具有嚴(yán)重串?dāng)_的線路可以在布線空間允許的條件下進(jìn)行隔離并減少串?dāng)_。

當(dāng)信號(hào)線周圍的空間存在時(shí)變電磁場(chǎng)時(shí)，如果無(wú)法避免并聯(lián)分布，可以在并聯(lián)信號(hào)線的反面放置一個(gè)大面積的“接地”，以大大減少干擾。

在接線的前提下空間允許，增加相鄰信號(hào)線之間的間距，減小信號(hào)線的平行長(zhǎng)度，時(shí)鐘線應(yīng)垂直于關(guān)鍵信號(hào)線而不是平行。

如果同一層中的平行跡線幾乎是不可避免的，則在相鄰的兩層中，跡線的方向必須彼此垂直。

在數(shù)字電路中，通常的時(shí)鐘信號(hào)是邊沿變化快的信號(hào)，外部串?dāng)_很大。因此，在設(shè)計(jì)中，時(shí)鐘線應(yīng)該被地線和更多的接地孔包圍，以減少分布電容，從而減少串?dāng)_。

用于高頻信號(hào)時(shí)鐘，嘗試使用低壓差分時(shí)鐘信號(hào)并覆蓋地面。您需要注意包裝的完整性。

請(qǐng)勿將未使用的輸入端子接地，而是將其接地或連接到電源（電源也在高頻信號(hào)回路中接地）。因?yàn)閼覓炀€可以等同于發(fā)射天線，所以接地可以抑制發(fā)射。實(shí)踐證明，使用這種方法消除串?dāng)_有時(shí)可以立即生效。

第六：集成電路模塊的電源引腳增加高頻解鎖電容

高頻解捻電容添加到每個(gè)集成電路塊的電源引腳。增加電源引腳的高頻去耦電容可以有效抑制電源引腳上的高頻諧波，形成干擾。

第七高頻數(shù)字信號(hào)的接地與模擬信號(hào)地隔離。

當(dāng)模擬地線，數(shù)字地線等連接到公共地線時(shí)，應(yīng)使用高頻湍流磁珠連接或直接隔離選擇適合單點(diǎn)互連的地方。高頻數(shù)字信號(hào)的地的地電位通常是不一致的，并且兩者之間通常存在一定的電壓差。而且，高頻數(shù)字信號(hào)的地線通常具有非常豐富的高頻信號(hào)的諧波分量。當(dāng)數(shù)字信號(hào)地和模擬信號(hào)地直接連接時(shí)，高頻信號(hào)的諧波通過(guò)地線耦合干擾模擬信號(hào)。因此，通常，要隔離高頻數(shù)字信號(hào)的接地和模擬信號(hào)的接地，并且在適當(dāng)位置的單點(diǎn)互連方法或高頻湍流磁珠的互連可以是通過(guò)。

第八：避免由痕跡形成的循環(huán)

不要形成循環(huán)所有類型的高頻信號(hào)走線都盡可能多。如果不可避免，請(qǐng)使循環(huán)區(qū)域盡可能小。

第九：必須確保良好的信號(hào)阻抗匹配

在信號(hào)傳輸期間，當(dāng)阻抗不匹配時(shí)，信號(hào)將反射在傳輸通道中，反射將超過(guò)復(fù)合信號(hào)，導(dǎo)致信號(hào)在邏輯閾值附近波動(dòng)。

消除反射的基本方法是使發(fā)射信號(hào)的阻抗匹配良好。由于負(fù)載阻抗和傳輸線的特征阻抗之間的差異較大，因此反射也較大。因此，信號(hào)傳輸線的特征阻抗應(yīng)盡可能地等于負(fù)載阻抗。同時(shí)，應(yīng)注意PCB上的傳輸線不應(yīng)突然或轉(zhuǎn)角，盡量保持傳輸線各點(diǎn)的阻抗連續(xù)，否則傳輸線段之間會(huì)有反射。這需要在執(zhí)行高速PCB布線時(shí)遵循以下布線規(guī)則：

USB布線規(guī)則。需要USB信號(hào)差分路由。線寬為10密耳，線間距為6密耳，地線和信號(hào)線相距6密耳。

HDMI接線規(guī)則。需要HDMI信號(hào)差分布線，線寬為10密耳，線間距為6密耳。每對(duì)HDMI差分信號(hào)對(duì)之間的間距超過(guò)20密耳。

LVDS接線規(guī)則。需要LVDS信號(hào)差分走線，線寬7mil，線間距6mil，目的是將HDMI的差分信號(hào)阻抗控制在100 + -15％歐姆

DDR接線規(guī)則。 DDR1布線要求信號(hào)不應(yīng)盡可能地穿過(guò)孔。信號(hào)線的寬度相等，線與線等距。該線路必須符合2W原則，以減少信號(hào)之間的串?dāng)_。對(duì)于DDR2及以上版本的高速設(shè)備，需要高頻數(shù)據(jù)。這些線的長(zhǎng)度相等，以確保信號(hào)的阻抗匹配。

第十：保持信號(hào)傳輸?shù)耐暾?/strong>