PCB Layout 中的高频电路布线技巧

文章描述:-2022年3月29日发(作者:唐长孺)PCB Layout 中的高频电路布线技巧 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。在PCB Layout阶段,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号的传输长度,同时还能大幅度地降低信号的交叉干扰等,所有这些方法都对高

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PCB Layout 中的高频电路布线技巧2022年3月29日发(作者:唐长孺)


PCB Layout 中的高频电路布线技巧
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。在PCB Layout阶段,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
电感和缩号的传输长度,同时还能大幅度地降低信号的交叉干扰等,所有这
些方法都对高频电路的可靠性有利。有资料显示,同种材料时,四层板要比双面
板的噪声低20dB。但是,同时也存在一个问题,PCB半层数越高,制造工艺越复
杂,单位成本也就越高,这就要求我们在进行PCB Layout时,除了选择合适的
层数的PCB板,还需要进行合理的元器件布局规划,并采用正确的布线规则来完
成设计。
2、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。
3、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。
4、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。据侧,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、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)、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。
(2)、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。
(3)、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。
(4)、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。
(5)、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。
(6)、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。
(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。
6、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。
7、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。
8、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。
9、必须保证良好的信号阻抗匹配


信号在传输的过程中,当阻抗不匹配的时候,信号就会在传输通道中发
生信号的反射,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。
消除反射的根本办法是使传输信号的阻抗良好匹配,由于负载阻抗与传
输线的特性阻抗相差越大反射也越大,所以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。这就要求在进行高
速PCB布线时,必须要遵守以下布线规则:
(1)USB布线规则。要求USB信号差分走线,线宽10mil,线距6mil,
地线和信号线距6mil。
(2)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。
(3)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
(4)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。
10、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”。


PCB Layout 中的高频电路布线技巧
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。在PCB Layout阶段,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
电感和缩号的传输长度,同时还能大幅度地降低信号的交叉干扰等,所有这
些方法都对高频电路的可靠性有利。有资料显示,同种材料时,四层板要比双面
板的噪声低20dB。但是,同时也存在一个问题,PCB半层数越高,制造工艺越复
杂,单位成本也就越高,这就要求我们在进行PCB Layout时,除了选择合适的
层数的PCB板,还需要进行合理的元器件布局规划,并采用正确的布线规则来完
成设计。
2、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。
3、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。
4、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。据侧,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、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)、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。
(2)、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。
(3)、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。
(4)、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。
(5)、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。
(6)、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。
(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。
6、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。
7、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。
8、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。
9、必须保证良好的信号阻抗匹配


信号在传输的过程中,当阻抗不匹配的时候,信号就会在传输通道中发
生信号的反射,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。
消除反射的根本办法是使传输信号的阻抗良好匹配,由于负载阻抗与传
输线的特性阻抗相差越大反射也越大,所以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。这就要求在进行高
速PCB布线时,必须要遵守以下布线规则:
(1)USB布线规则。要求USB信号差分走线,线宽10mil,线距6mil,
地线和信号线距6mil。
(2)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。
(3)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
(4)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。
10、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”。

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PCB Layout 中的高频电路布线技巧

发布时间:2022-03-29 22:31:38
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评论列表 (有 11 条评论,125人围观)
陈洁玲V铁粉30 minutes ago Google Chrome 93.0.4577.82 Windows 10 x64
四层板要比双面板的噪声低20dB
科比退役仪式V铁粉19 minutes ago Google Chrome 93.0.4577.82 Windows 10 x64
(2)HDMI布线规则
enorthV铁粉20 minutes ago Google Chrome 93.0.4577.82 Windows 10 x64
若无法避免平行分布
音乐作品V铁粉1 minute ago Google Chrome 93.0.4577.82 Windows 10 x64
走线必须满足2W原则
常州打胎V铁粉2 minutes ago Google Chrome 93.0.4577.82 Windows 10 x64
(3)LVDS布线规则
画廊V铁粉19 minutes ago Google Chrome 93.0.4577.82 Windows 10 x64
同时也存在一个问题
中美物价对比V铁粉13 minutes ago Google Chrome 93.0.4577.82 Windows 10 x64
信号就会在传输通道中发生信号的反射
身份证扫描件V铁粉11 minutes ago Google Chrome 93.0.4577.82 Windows 10 x64
反射会使合成信号形成过冲
大宅院V铁粉23 minutes ago Google Chrome 93.0.4577.82 Windows 10 x64
用这种办法消除串扰有时能立即见效
0x80070005V铁粉24 minutes ago Google Chrome 93.0.4577.82 Windows 10 x64
尽量保持传输线各点阻抗连续

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