Ak frekvencia digitálneho logického obvodu dosiahne alebo prekročí 45 MHz ~ 50 MHz a obvod pracujúci nad touto frekvenciou predstavuje určitú časť celého elektronického systému (napríklad 1/3), zvyčajne sa nazýva vysokofrekvenčný obvod (viacvrstvový obvod). tanier). Návrh vysokofrekvenčnej dosky plošných spojov je veľmi zložitý proces navrhovania a jej zapojenie je rozhodujúce pre celý dizajn!
Prvý krok, vysoké viacvrstvové zapojenie dosky plošných spojov
Vysokofrekvenčné obvody majú často vysokú integráciu a vysokú hustotu zapojenia. Použitie viacvrstvových dosiek plošných spojov nie je potrebné len na zapojenie, ale je aj účinným prostriedkom na zníženie rušenia. Vo fáze rozloženia PCB je veľkosť dosky plošných spojov s určitým počtom vrstiev rozumne zvolená a medzivrstva môže byť plne použitá na nastavenie tienenia, aby sa lepšie realizovalo najbližšie uzemnenie a účinne sa znížilo parazitné indukčnosti a skracujú dĺžku prenosu signálu a zároveň veľké amplitúdové zníženie krížového rušenia signálu atď., všetky tieto metódy sú prospešné pre spoľahlivosť vysokofrekvenčných obvodov. Niektoré údaje ukazujú, že pri použití rovnakého materiálu je hlučnosť štvorvrstvovej dosky (viacvrstvovej dosky plošných spojov) o 20 dB nižšia ako pri obojstrannej doske. Zároveň je tu však aj problém. Čím vyššie je číslo polovičnej vrstvy dosky s plošnými spojmi, tým zložitejší je výrobný proces a tým vyššie sú jednotkové náklady. To si vyžaduje, aby sme pri usporiadaní plošného spoja vybrali dosku plošných spojov s príslušným počtom vrstiev. Rozumné plánovanie rozloženia komponentov a použitie správnych pravidiel zapojenia na dokončenie návrhu.
Druhé opatrenie, čím menej ohybu olova medzi kolíkmi vysokorýchlostných elektronických zariadení, tým lepšie
Vodiče vedenia vysokofrekvenčného obvodu sú prednostne rovné a je potrebné ich otáčať. Môžu byť otočené 45-prerušovanými čiarami alebo oblúkmi. Táto požiadavka sa používa iba na zlepšenie pevnosti medenej fólie v nízkofrekvenčnom obvode, zatiaľ čo vo vysokofrekvenčnom obvode je táto požiadavka splnená. Požiadavka môže znížiť vonkajšiu emisiu a vzájomnú väzbu vysokofrekvenčných signálov.
Tretie opatrenie, čím menšie je striedanie olovených vrstiev medzi kolíkmi zariadenia vysokofrekvenčného obvodu, tým lepšie
Takzvané „čím menšie striedanie medzi vrstvami vodičov, tým lepšie“ znamená, že čím menej prekovov (Via) sa použije v procese pripojenia komponentov, tým lepšie. Podľa bočnej strany môže prestup PCB priniesť približne 0,5 pF distribuovanej kapacity a zníženie počtu prestupov môže výrazne zvýšiť rýchlosť a znížiť možnosť chýb údajov.
Štvrté opatrenie, čím kratší je zvod medzi kolíkmi zariadenia s vysokofrekvenčným obvodom (viacvrstvová doska plošných spojov), tým lepšie
Intenzita žiarenia signálu je úmerná dĺžke stopy signálneho vedenia. Čím dlhší je vodič vysokofrekvenčného signálu, tým ľahšie sa spája s komponentmi v jeho blízkosti. Preto sa pre signály, ako sú hodiny, kryštálové oscilátory, dáta DDR, vyžaduje, aby boli linky vysokofrekvenčného signálu, ako napríklad linky LVDS, linky USB a linky HDMI, čo najkratšie.
Piaty trik, dávajte pozor na "preslechy" spôsobené paralelným zapojením signálneho vedenia v tesnej blízkosti
Pri zapájaní vysokofrekvenčných obvodov je potrebné venovať pozornosť "presluchom" spôsobeným paralelným zapojením signálnych vedení v tesnej blízkosti. Presluchy sa týkajú javu spojenia medzi signálnymi vedeniami, ktoré nie sú priamo spojené. Pretože sa vysokofrekvenčný signál prenáša pozdĺž prenosového vedenia vo forme elektromagnetických vĺn, signálne vedenie bude pôsobiť ako anténa a energia elektromagnetického poľa sa bude vysielať okolo prenosového vedenia. Nazývané presluchy (Crosstalk). Určitý vplyv na presluchy majú parametre vrstvy PCB, rozstup signálnych vedení, elektrické charakteristiky hnacieho a prijímacieho konca a spôsob ukončenia signálových vedení. Preto, aby sa znížilo presluchy vysokofrekvenčných signálov, je potrebné pri zapájaní čo najviac urobiť nasledovné:
Za podmienky, že to priestor vedenia umožňuje, vložte medzi dve vedenia so závažnými presluchmi uzemňovací vodič alebo uzemňovaciu rovinu, ktorá môže hrať úlohu izolácie a znížiť presluchy.
Keď je v priestore okolo signálneho vedenia časovo premenné elektromagnetické pole, ak sa nedá vyhnúť paralelnej distribúcii, veľká plocha "zeme" môže byť usporiadaná na opačnej strane paralelného signálového vedenia, aby sa výrazne znížilo rušenie.
Za predpokladu, že to priestor zapojenia dovoľuje, zväčšite rozostup medzi susednými signálovými vedeniami, znížte paralelnú dĺžku signálových vedení a snažte sa, aby hodinová čiara bola kolmá na kľúčové signálne vedenia namiesto paralelných.
Ak sú paralelné stopy v tej istej vrstve takmer nevyhnutné, v dvoch susedných vrstvách musia byť smery stôp na seba kolmé.
V digitálnych obvodoch sú zvyčajnými hodinovými signálmi signály s rýchlymi zmenami hrán a vonkajšie presluchy sú veľké. Preto by v návrhu mala byť hodinová linka obklopená uzemňovacím vodičom a malo by byť vytvorených viac otvorov pre uzemňovací vodič, aby sa znížila rozložená kapacita a tým sa znížili presluchy.
Pre vysokofrekvenčné signálové hodiny skúste použiť nízkonapäťové diferenciálne hodinové signály a obalte zem a musíte venovať pozornosť celistvosti zemného razenia.
Nepoužitú vstupnú svorku nezaveste, ale uzemnite alebo pripojte k zdroju napájania (napájací zdroj je tiež uzemnený vo vysokofrekvenčnej signálovej slučke), pretože visiace vedenie môže byť ekvivalentné s vysielacou anténou a uzemnenie môže potlačiť emisiu. Prax ukázala, že odstránenie presluchov týmto spôsobom môže byť niekedy účinné okamžite.
Šieste opatrenie, napájací kolík bloku integrovaného obvodu (viacvrstvová doska plošných spojov) zvyšuje vysokofrekvenčný oddeľovací kondenzátor
V blízkosti napájacieho kolíka každého bloku integrovaného obvodu je pridaný vysokofrekvenčný oddeľovací kondenzátor. Pridanie vysokofrekvenčných oddeľovacích kondenzátorov na napájacie kolíky môže účinne potlačiť rušenie spôsobené vysokofrekvenčnými harmonickými na napájacích kolíkoch.
Siedme opatrenie, vyhnite sa slučke tvorenej vedením
Všetky druhy stôp vysokofrekvenčného signálu by nemali čo najviac tvoriť slučky. Ak sa tomu nedá vyhnúť, oblasť slučky by mala byť čo najmenšia.
Ôsmy trik je izolovať uzemňovací vodič vysokofrekvenčného digitálneho signálu a uzemňovací vodič analógového signálu.
Keď je analógový uzemňovací vodič, digitálny uzemňovací vodič atď. pripojený k verejnému uzemňovaciemu vodiču, na pripojenie alebo priamu izoláciu a jednobodové prepojenie na vhodnom mieste by sa mali použiť vysokofrekvenčné magnetické tlmivky. Zemný potenciál uzemňovacieho vodiča vysokofrekvenčných digitálnych signálov je vo všeobecnosti nekonzistentný a medzi nimi často existuje určitý rozdiel v napätí. Okrem toho má uzemňovací vodič vysokofrekvenčných digitálnych signálov často veľmi bohaté harmonické zložky vysokofrekvenčných signálov. Keď sú uzemňovací vodič digitálneho signálu a uzemňovací vodič analógového signálu priamo spojené, harmonické zložky vysokofrekvenčného signálu budú interferovať s analógovým signálom cez spojku uzemňovacieho vodiča. Preto je za normálnych okolností potrebné izolovať uzemňovací vodič vysokofrekvenčných digitálnych signálov a uzemňovací vodič analógových signálov, ktoré môžu byť prepojené v jednom bode na vhodnom mieste alebo vzájomne prepojené vysokofrekvenčnými tlmivkovými magnetickými guľôčkami.
Deviate opatrenie musí zabezpečiť dobré prispôsobenie impedancie signálu
V procese prenosu signálu, keď sa impedancia nezhoduje, bude signál odrážať signál v prenosovom kanáli a odraz spôsobí, že zložený signál vytvorí prekmit, čo spôsobí, že signál bude kolísať blízko logickej prahovej hodnoty.
Základným spôsobom, ako eliminovať odraz, je dobre prispôsobiť impedanciu vysielaného signálu. Pretože čím väčší je rozdiel medzi impedanciou záťaže a charakteristickou impedanciou prenosového vedenia, tým väčší bude odraz. Preto by sa charakteristická impedancia vedenia na prenos signálu mala čo najviac rovnať impedancii záťaže. Zároveň je potrebné poznamenať, že prenosová linka na doske s obvodmi nemôže mať náhle zmeny alebo rohy a snažte sa udržať impedanciu každého bodu prenosovej linky nepretržitú, inak dôjde k odrazom medzi segmentmi prenosu. riadok.
To si vyžaduje, aby sa pri vysokorýchlostnom zapájaní PCB dodržiavali nasledujúce pravidlá zapojenia:
Pravidlá zapojenia USB. Vyžadujú sa diferenciálne stopy pre signály USB so šírkou čiary 10 mil, vzdialenosť medzi čiarami 6 mil a vzdialenosť medzi zemou a signálom 6 mil.
Pravidlá zapojenia HDMI. Vyžaduje sa diferenciálna stopa signálu HDMI, šírka riadku je 10 mil, riadkovanie je 6 mil a rozostup medzi každým dvomi pármi diferenciálneho signálu HDMI presahuje 20 mil.
Pravidlá zapojenia LVDS. Vyžadujú sa diferenciálne stopy signálu LVDS so šírkou čiary 7 mil a rozstupom medzi čiarami 6 mil. Účelom je regulovať impedanciu diferenciálneho signálu páru HDMI tak, aby bola 100 plus -15 % ohm
Pravidlá smerovania DDR. Zapojenie DDR1 vyžaduje, aby signály čo najviac neprechádzali cez otvory, aby mali signálové vedenia rovnakú šírku a boli rovnako vzdialené. Zapojenie musí spĺňať princíp 2W, aby sa znížilo presluchy medzi signálmi. Pre vysokorýchlostné zariadenia DDR2 a vyššie sú potrebné aj vysokofrekvenčné dáta. Dĺžka vedenia je rovnaká, aby sa zabezpečilo impedančné prispôsobenie signálu.
Desiatym trikom je zachovať integritu prenosu signálu a zabrániť „fenoménu odrazu od zeme“ spôsobenému oddelením uzemňovacieho vodiča.