射頻電路設(shè)計(jì)的常見(jiàn)問(wèn)題及五大經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
同樣,良好的接地也必不可少,而且芯片的電源必須得到良好的去耦。如果必須要在輸入或輸出端走一根長(zhǎng)線(xiàn),那么最好是在輸出端,通常輸出端的阻抗要低得多,而且也不容易感應(yīng)噪聲。通常信號(hào)電平越高,就越容易把噪聲引入到其它電路。在所有PCB設(shè)計(jì)中,盡可能將數(shù)字電路遠(yuǎn)離模擬電路是一條總的原則,它同樣也適用于RF PCB設(shè)計(jì)。公共模擬地和用于屏蔽和隔開(kāi)信號(hào)線(xiàn)的地通常是同等重要的,因此在設(shè)計(jì)早期階段,仔細(xì)的計(jì)劃、考慮周全的元器件布局和徹底的布局*估都非常重要,同樣應(yīng)使RF線(xiàn)路遠(yuǎn)離模擬線(xiàn)路和一些很關(guān)鍵的數(shù)字信號(hào),所有的RF走線(xiàn)、焊盤(pán)和元件周?chē)鷳?yīng)盡可能多填接地銅皮,并盡可能與主地相連。如果RF走線(xiàn)必須穿過(guò)信號(hào)線(xiàn),那么盡量在它們之間沿著RF走線(xiàn)布一層與主地相連的地。如果不可能的話(huà),一定要保證它們是十字交叉的,這可將容性耦合減到最小,同時(shí)盡可能在每根RF走線(xiàn)周?chē)嗖家恍┑?,并把它們連到主地。
此外,將并行RF走線(xiàn)之間的距離減到最小可以將感性耦合減到最小。一個(gè)實(shí)心的整塊接地面直接放在表層下第一層時(shí),隔離效果最好,盡管小心一點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)其它的做法也管用。在PCB板的每一層,應(yīng)布上盡可能多的地,并把它們連到主地面。盡可能把走線(xiàn)靠在一起以增加內(nèi)部信號(hào)層和電源分配層的地塊數(shù)量,并適當(dāng)調(diào)整走線(xiàn)以便你能將地連接過(guò)孔布置到表層上的隔離地塊。應(yīng)當(dāng)避免在 PCB各層上生成游離地,因?yàn)樗鼈儠?huì)像一個(gè)小天線(xiàn)那樣拾取或注入噪音。在大多數(shù)情況下,如果你不能把它們連到主地,那么你最好把它們?nèi)サ簟?/p>
三、PCB板設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意幾個(gè)方面
1、電源、地線(xiàn)的處理
既使在整個(gè)PCB板中的布線(xiàn)完成得都很好,但由于電源、 地線(xiàn)的考慮不周到而引起的干擾,會(huì)使產(chǎn)品的性能下降,有時(shí)甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對(duì)電、地線(xiàn)的布線(xiàn)要認(rèn)真對(duì)待,把電、地線(xiàn)所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度,以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)每個(gè)從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程人員來(lái)說(shuō)都明白地線(xiàn)與電源線(xiàn)之間噪音所產(chǎn)生的原因,現(xiàn)只對(duì)降低式抑制噪音作以表述:
(1)、眾所周知的是在電源、地線(xiàn)之間加上去耦電容。
(2)、盡量加寬電源、地線(xiàn)寬度,最好是地線(xiàn)比電源線(xiàn)寬,它們的關(guān)系是:地線(xiàn)>電源線(xiàn)>信號(hào)線(xiàn),通常信號(hào)線(xiàn)寬為:0.2~0.3mm,最經(jīng)細(xì)寬度可達(dá) 0.05~0.07mm,電源線(xiàn)為1.2~2.5 mm。 對(duì)數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線(xiàn)組成一個(gè)回路, 即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來(lái)使用(模擬電路的地不能這樣使用)
(3)、用大面積銅層作地線(xiàn)用,在印制板上把沒(méi)被用上的地方都與地相連接作為地線(xiàn)用?;蚴亲龀啥鄬影澹娫?,地線(xiàn)各占用一層。
2、數(shù)字電路與模擬電路的共地處理
現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路(數(shù)字或模擬電路),而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線(xiàn)時(shí)就需要考慮它們之間互相干擾問(wèn)題,特別是地線(xiàn)上的噪音干擾。數(shù)字電路的頻率高,模擬電路的敏感度強(qiáng),對(duì)信號(hào)線(xiàn)來(lái)說(shuō),高頻的信號(hào)線(xiàn)盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件,對(duì)地線(xiàn)來(lái)說(shuō),整人PCB對(duì)外界只有一個(gè)結(jié)點(diǎn),所以必須在PCB內(nèi)部進(jìn)行處理數(shù)、模共地的問(wèn)題,而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實(shí)際上是分開(kāi)的它們之間互不相連,只是在PCB與外界連接的接口處(如插頭等)。數(shù)字地與模擬地有一點(diǎn)短接,請(qǐng)注意,只有一個(gè)連接點(diǎn)。也有在PCB上不共地的,這由系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)決定。
3、信號(hào)線(xiàn)布在電(地)層上
在多層印制板布線(xiàn)時(shí),由于在信號(hào)線(xiàn)層沒(méi)有布完的線(xiàn)剩下已經(jīng)不多,再多加層數(shù)就會(huì)造成浪費(fèi)也會(huì)給生產(chǎn)增加一定的工作量,成本也相應(yīng)增加了,為解決這個(gè)矛盾,可以考慮在電(地)層上進(jìn)行布線(xiàn)。首先應(yīng)考慮用電源層,其次才是地層。因?yàn)樽詈檬潜A舻貙拥耐暾浴?/p>
4、大面積導(dǎo)體中連接腿的處理
在大面積的接地(電)中,常用元器件的腿與其連接,對(duì)連接腿的處理需要進(jìn)行綜合的考慮,就電氣性能而言,元件腿的焊盤(pán)與銅面滿(mǎn)接為好,但對(duì)元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如:①焊接需要大功率加熱器。②容易造成虛焊點(diǎn)。所以兼顧電氣性能與工藝需要,做成十字花焊盤(pán),稱(chēng)之為熱隔離(heat shield)俗稱(chēng)熱焊盤(pán)(Thermal),這樣,可使在焊接時(shí)因截面過(guò)分散熱而產(chǎn)生虛焊點(diǎn)的可能性大大減少。多層板的接電(地)層腿的處理相同。
5、布線(xiàn)中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用
在許多CAD系統(tǒng)中,布線(xiàn)是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)決定的。網(wǎng)格過(guò)密,通路雖然有所增加,但步進(jìn)太小,圖場(chǎng)的數(shù)據(jù)量過(guò)大,這必然對(duì)設(shè)備的存貯空間有更高的要求,同時(shí)也對(duì)象計(jì)算機(jī)類(lèi)電子產(chǎn)品的運(yùn)算速度有極大的影響。而有些通路是無(wú)效的,如被元件腿的焊盤(pán)占用的或被安裝孔、定們孔所占用的等。網(wǎng)格過(guò)疏,通路太少對(duì)布通率的影響極大。所以要有一個(gè)疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來(lái)支持布線(xiàn)的進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)一般就定為 0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍數(shù),如:0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。
四、高頻PCB設(shè)計(jì)技巧和方法
1、傳輸線(xiàn)拐角要采用45°角,以降低回?fù)p
2、要采用絕緣常數(shù)值按層次嚴(yán)格受控的高性能絕緣電路板。這種方法有利于對(duì)絕緣材料與鄰近布線(xiàn)之間的電磁場(chǎng)進(jìn)行有效管理。
3、要完善有關(guān)高精度蝕刻的PCB設(shè)計(jì)規(guī)范。要考慮規(guī)定線(xiàn)寬總誤差為+/-0.0007英寸、對(duì)布線(xiàn)形狀的下切(undercut)和橫斷面進(jìn)行管理并指定布線(xiàn)側(cè)壁電鍍條件。對(duì)布線(xiàn)(導(dǎo)線(xiàn))幾何形狀和涂層表面進(jìn)行總體管理,對(duì)解決與微波頻率相關(guān)的趨膚效應(yīng)問(wèn)題及實(shí)現(xiàn)這些規(guī)范相當(dāng)重要。
4、突出引線(xiàn)存在抽頭電感,要避免使用有引線(xiàn)的組件。高頻環(huán)境下,最好使用表面安裝組件。
5、對(duì)信號(hào)過(guò)孔而言,要避免在敏感板上使用過(guò)孔加工(pth)工藝,因?yàn)樵摴に嚂?huì)導(dǎo)致過(guò)孔處產(chǎn)生引線(xiàn)電感。
6、要提供豐富的接地層。要采用模壓孔將這些接地層連接起來(lái)防止3維電磁場(chǎng)對(duì)電路板的影響。
7、要選擇非電解鍍鎳或浸鍍金工藝,不要采用HASL法進(jìn)行電鍍。
8、阻焊層可防止焊錫膏的流動(dòng)。但是,由于厚度不確定性和絕緣性能的未知性,整個(gè)板表面都覆蓋阻焊材料將會(huì)導(dǎo)致微帶設(shè)計(jì)中的電磁能量的較大變化。一般采用焊壩(solder dam)來(lái)作阻焊層的電磁場(chǎng)。
這種情況下,我們管理著微帶到同軸電纜之間的轉(zhuǎn)換。在同軸電纜中,地線(xiàn)層是環(huán)形交織的,并且間隔均勻。在微帶中,接地層在有源線(xiàn)之下。這就引入了某些邊緣效應(yīng),需在設(shè)計(jì)時(shí)了解、預(yù)測(cè)并加以考慮。當(dāng)然,這種不匹配也會(huì)導(dǎo)致回?fù)p,必須最大程度減小這種不匹配以避免產(chǎn)生噪音和信號(hào)干擾。
五、電磁兼容性設(shè)計(jì)
電磁兼容性是指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進(jìn)行工作的能力。電磁兼容性設(shè)計(jì)的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來(lái)的干擾,使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作,同時(shí)又能減少電子設(shè)備本身對(duì)其它電子設(shè)備的電磁干擾。
1、選擇合理的導(dǎo)線(xiàn)寬度
由于瞬變電流在印制線(xiàn)條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導(dǎo)線(xiàn)的電感成分造成的,因此應(yīng)盡量減小印制導(dǎo)線(xiàn)的電感量。印制導(dǎo)線(xiàn)的電感量與其長(zhǎng)度成正比,與其寬度成反比,因而短而精的導(dǎo)線(xiàn)對(duì)抑制干擾是有利的。時(shí)鐘引線(xiàn)、行驅(qū)動(dòng)器或總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)線(xiàn)常常載有大的瞬變電流,印制導(dǎo)線(xiàn)要盡可能地短。對(duì)于分立元件電路,印制導(dǎo)線(xiàn)寬度在1.5mm左右時(shí),即可完全滿(mǎn)足要求;對(duì)于集成電路,印制導(dǎo)線(xiàn)寬度可在0.2~1.0mm之間選擇。
2、采用正確的布線(xiàn)策略
采用平等走線(xiàn)可以減少導(dǎo)線(xiàn)電感,但導(dǎo)線(xiàn)之間的互感和分布電容增加,如果布局允許,最好采用井字形網(wǎng)狀布線(xiàn)結(jié)構(gòu),具體做法是印制板的一面橫向布線(xiàn),另一面縱向布線(xiàn),然后在交叉孔處用金屬化孔相連。
3、有效地抑制串?dāng)_
為了抑制印制板導(dǎo)線(xiàn)之間的串?dāng)_,在設(shè)計(jì)布線(xiàn)時(shí)應(yīng)盡量避免長(zhǎng)距離的平等走線(xiàn),盡可能拉開(kāi)線(xiàn)與線(xiàn)之間的距離,信號(hào)線(xiàn)與地線(xiàn)及電源線(xiàn)盡可能不交叉。在一些對(duì)干擾十分敏感的信號(hào)線(xiàn)之間設(shè)置一根接地的印制線(xiàn),可以有效地抑制串?dāng)_。
4、為了避免高頻信號(hào)通過(guò)印制導(dǎo)線(xiàn)時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射,在印制電路板布線(xiàn)時(shí),還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
(1)盡量減少印制導(dǎo)線(xiàn)的不連續(xù)性,例如導(dǎo)線(xiàn)寬度不要突變,導(dǎo)線(xiàn)的拐角應(yīng)大于90度禁止環(huán)狀走線(xiàn)等。
(2)時(shí)鐘信號(hào)引線(xiàn)最容易產(chǎn)生電磁輻射干擾,走線(xiàn)時(shí)應(yīng)與地線(xiàn)回路相靠近,驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊挨著連接器。
(3)總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊挨其欲驅(qū)動(dòng)的總線(xiàn)。對(duì)于那些離開(kāi)印制電路板的引線(xiàn),驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊緊挨著連接器。
(4)數(shù)據(jù)總線(xiàn)的布線(xiàn)應(yīng)每?jī)筛盘?hào)線(xiàn)之間夾一根信號(hào)地線(xiàn)。最好是緊緊挨著最不重要的地址引線(xiàn)放置地回路,因?yàn)楹笳叱]d有高頻電流。
(5)在印制板布置高速、中速和低速邏輯電路時(shí),應(yīng)按照?qǐng)D1的方式排列器件。
5、抑制反射干擾
為了抑制出現(xiàn)在印制線(xiàn)條終端的反射干擾,除了特殊需要之外,應(yīng)盡可能縮短印制線(xiàn)的長(zhǎng)度和采用慢速電路。必要時(shí)可加終端匹配,即在傳輸線(xiàn)的末端對(duì)地和電源端各加接一個(gè)相同阻值的匹配電阻。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),對(duì)一般速度較快的TTL電路,其印制線(xiàn)條長(zhǎng)于10cm以上時(shí)就應(yīng)采用終端匹配措施。匹配電阻的阻值應(yīng)根據(jù)集成電路的輸出驅(qū)動(dòng)電流及吸收電流的最大值來(lái)決定。
6、電路板設(shè)計(jì)過(guò)程中采用差分信號(hào)線(xiàn)布線(xiàn)策略
布線(xiàn)非??拷牟罘中盘?hào)對(duì)相互之間也會(huì)互相緊密耦合,這種互相之間的耦合會(huì)減小EMI發(fā)射,通常(當(dāng)然也有一些例外)差分信號(hào)也是高速信號(hào),所以高速設(shè)計(jì)規(guī)則通常也都適用于差分信號(hào)的布線(xiàn),特別是設(shè)計(jì)傳輸線(xiàn)的信號(hào)線(xiàn)時(shí)更是如此。這就意味著我們必須非常謹(jǐn)慎地設(shè)計(jì)信號(hào)線(xiàn)的布線(xiàn),以確保信號(hào)線(xiàn)的特征阻抗沿信號(hào)線(xiàn)各處連續(xù)并且保持一個(gè)常數(shù)。
在差分線(xiàn)對(duì)的布局布線(xiàn)過(guò)程中,我們希望差分線(xiàn)對(duì)中的兩個(gè)PCB線(xiàn)完全一致。這就意味著,在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該盡最大的努力來(lái)確保差分線(xiàn)對(duì)中的PCB線(xiàn)具有完全一樣的阻抗并且布線(xiàn)的長(zhǎng)度也完全一致。差分PCB線(xiàn)通常總是成對(duì)布線(xiàn),而且它們之間的距離沿線(xiàn)對(duì)的方向在任意位置都保持為一個(gè)常數(shù)不變。通常情況下,差分線(xiàn)對(duì)的布局布線(xiàn)總是盡可能地靠近。
評(píng)論