所谓引线层间交替越少越好,是指元件连接过程中使用的过孔(Via)越少越好。一个过孔可以带来大约0.5pF分布电容,减少过孔数可显著提高速度,减少数据错误的可能性。 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线等高频信号线要求尽可能短。 高频电路布线引线最好采用全直线,需要转折,可采用45度折线或圆弧转折,。这一要求仅用于提高低频电路中铜箔的固定强度,但在高频电路中,满足这一要求可以减少高频信号的外部发射和相互耦合。 高频电路布线应注意信号线近距离平行布线引入的串扰。串扰是指未直接连接的信号线之间的耦合。由于高频信号沿传输线以电磁波的形式传输,信号线将起到天线的作用,电磁场的能量将在传输线周围发射。由于电磁场的相互耦合,信号之间产生的不到的噪声信号称为串扰(Crosstalk)。PCB板层参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性以及信号线端接方式对串扰有一定影响。因此,为了减少高频信号的串扰,布线时应尽可能做到以下几点: (1)在布线空间允许的情况下,将一条地线或地平面插入串扰严重的两条线之间,可以隔离和减少串扰; (2)当信号线周围的空间本身存在不断变化的电磁场时,如果不能避免平行分布,可以在平行信号线背面布置大面积的地面,大大减少干扰; (3)在布线空间许可的前提下,,; 这里重点讲3w原则:
(4)如果同一层内的平行布线几乎不可避免,在相邻两层,布线的方向必须相互垂直; (5)在数字电路中,时钟信号通常是边缘快速变化的信号,对外串扰大。因此,在设计中,时钟线应用地线包围,多打地线孔,以减少电容的分布,从而减少串扰; (分布式电容器由两个有压差和绝缘的导体组成。因此,在任何电路中,任何两个有压差的绝缘导体都会形成分布式电容器) (6)对于高频信号时钟,尽量使用低压差分时钟信号并包地,注意包地打孔的完整性; (7)闲置的输入端不应悬挂,而应接地或连接电源(电源也在高频信号电路中),因为悬挂线可能等同于发射天线,接地可以抑制发射。实践证明,用这种方法消除干扰有时会立即生效。 模拟地线和数字地线连接到公共地线时,应采用高频扼流磁珠连接或直接隔离,并选择合适的地点单点互联。高频数字信号地线电位一般不一致,两者往往有一定的电压差,高频数字信号地线往往具有非常丰富的高频信号谐波重量,当直接连接数字信号地线和模拟信号地线时,高频信号谐波通过地线耦合干扰模拟信号。因此,通常需要隔离高频数字信号的地线和模拟信号的地线,可以在适当的位置单点或高频扼流磁珠互联。 每个集成电路块的电源引脚附近增加一个高频莲花电容器。增加电源引脚的高频莲花电容器可有效抑制电源引脚上高频谐波的干扰。 尽量不要形成各种高频信号线路的环路。如果不可避免,环路面积应尽可能小。 在传输过程中,当阻抗不匹配时,信号会在传输通道中反射信号,使合成信号过冲,导致信号在逻辑门限附近波动。 消除反射的基本方法是匹配传输信号的阻抗。负载阻抗与传输线的特性阻抗差越大,反射越大,因此信号传输线的特性阻抗应尽可能等于负载阻抗。还要注意PCB传输线上不得有突变或拐角,尽量保持传输线各点的阻抗连续,否则传输线各段之间也会有反射。这就需要高速PCB布线时必须遵守以下布线规则: (1)LVDS布线规则LVDS线宽7mil,线距6mil,目的是控制HDMI差分信号阻抗为100±15%欧姆; (2)USB布线规则USB线宽10mil,线距6mil,地线与信号线距6mil; (3)HDMI布线规则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; (4)DDR布线规则。DDR1.行走要求信号尽量不穿孔,信号线等宽,线与线等距,行走必须满足2W原则是减少信号间的串扰,对DDR2及以上高速设备还需要等长的高频数据布线,以确保信号的阻抗匹配。 保持信号传输的完整性,防止地线分割引起的地弹现象。
接地是控制电子设备干扰的重要途径。如果能正确结合接地和屏蔽,大部分干扰问题都可以解决。电子设备中的地线结构大致包括系统、外壳(屏蔽)、数字(逻辑)和模拟。地线设计应注意以下几点: 1.正确选择单点接地和多点接地 在低频电路中,信号的工作频率小于1MHz,布线与器件之间的电感影响较小,而接地电路形成的环流对干扰影响较大,因此应采用一点接地。当信号工作频率大于10时MHz当地线阻抗变大时,应尽量减少地线阻抗,并应采用就近多点接地。工作频率为1~10MHz若采用一点接地,其地线长度不得超过波长的1/20,否则应采用多点接地法。 2.将数字电路与模拟电路分开 电路板上有高速逻辑电路和线性电路,应尽量分开,两者的地线不应混合,分别与电源端地线连接。尽量增加线性电路的接地面积。 3.尽量加粗接地线 如果接地线很薄,接地电位会随着电流的变化而变化,导致电子设备的定时信号电平不稳定,抗噪性能差。因此,接地线应尽可能粗化,使其能够通过印刷电路板三位的允许电流。如有可能,接地线宽度应大于3mm。 4.将接地线构成闭环 在设计仅由数字电路组成的印刷电路板地线系统时,将接地线制成闭环可以显著提高抗噪声能力。原因是印刷电路板上有许多集成电路元件,特别是当有耗电量较大的元件时,由于接地线厚度的限制,会在地结上产生较大的电位差,导致抗噪声能力下降。如果接地结构成环路,将缩小电位差,提高电子设备的抗噪声能力
下面介绍一下特征阻抗 特征阻抗是长期传输的概念。在传输线中传输信号的过程中,传输线和参考平面之间会形成电场。由于电场的存在,传输线中的每一点都会产生瞬时的小电流。同时,信号也有一定的电压,这样在信号传输过程中,传输线的每一点都会等效成电阻,这就是我们提到的传输线的特征阻抗。计算公式如下: 要改变传输线的特性阻抗,必须改变单位长度传输线的固有电感和电容。 影响传输线特征阻抗的几个因素: 线宽 介质厚度 介质介电常数 PCB铜皮厚度 PCB走线距离参考平面距离 改变方法如下: a. 线宽与特征阻抗成反比。增加线宽相当于增加电容,从而减少特征阻抗,反之亦然
b. 介电常数与特征阻抗成反比。增加介电常数相当于增加电容
c. 传输线与参考平面的距离与特征阻抗成正比。增加传输线与参考平面的距离相当于减少电容, 这减少了特征阻抗,反之亦然
d. 传输线的长度与特征阻抗无关。C都是单位长度传输线的参数,与传输线的长度并没有关系
e. 线径与特征阻抗成反比。由于高频信号的趋肤效应,影响较其他因素小