全文解析高频PCB设计电子元件和叠层布线指南

高速PCB设计

从一开始就正确设计印刷电路板 (PCB) 很重要，高速 PCB 也不例外。在本篇文章中，我们将输出您需要了解的有关高速 PCB 设计的所有信息，包括成功设计的所有组件、典型的高速PCB叠层和高速布线指南。

什么是高速PCB？

高速是指具有较高层数和信号数的印刷电路板。这些类型的 PCB 通常涉及处理器速度、DDR 信号和许多差分信号。

高速 PCB 与高频 (HF) PCB 有何不同？HF PCB 具有低热膨胀水平，用于高科技高密度互连。它们还广泛用于高速通信和射频微波技术。在应用方面，高速 PCB 通常用于计算机、服务器、电话、互联网路由器、功率放大器——本质上，任何对速度至关重要的技术。

模拟电路和晶体管是不使用高速 PCB 的两个例子。

高速 PCB 设计中的阻抗

阻抗是电子元件、电路或系统对交流和/或直流电流提供的反对/电阻的表达。换句话说，它是电路或组件对交流电的有源电阻，由电抗和欧姆电阻的综合影响演变而来。它也被定义为施加电压时电流对能量流的任何阻碍或阻力的测量。

为什么设计在高速 PCB 中如此重要？

简单地说，如果你想让一块PCB正常工作，你需要遵循高速PCB设计的规则。以下是您想与工程师讨论的一些问题：这块板上有受控阻抗电路吗？答案将确定是否有信号端电路或差分对。受控阻抗电路以什么阻抗运行？例如，答案可能是 90 欧姆、100 欧姆或 120 欧姆。根据阻抗的不同，需要遵循特定的规则。PCB 将位于何处？您需要注意将高速 PCB 运行得太靠近电源线或电路的嘈杂部分，这可能会导致干扰和信号不良。

高速 PCB 叠层

原理图有助于估计电路板的层数和外形尺寸。每层的材料取决于印刷电路板的预期用途。原理图规定了板的层数和外形尺寸。通常，电路板供应商会根据您的设计提供所选材料的叠层。这可能是多层——而不仅仅是四层。Dupont、Isola、非 Teflon Rogers 产品、Panasonics Megtron 系列和 Teflon 生产材料通常用于高速 PCB 设计。这些材料设计用于具有更高信号速度和更高信号完整性要求并且必须承受更高温度范围的数字产品。介于 FR4 和 Teflon 之间的不同树脂系统也可用于提高信号速度。铜是用于 PCB制造 的主要导电金属。

开发高速 PCB 原理图

设计 PCB 的第一步是创建原理图，它指的是电路板用途和功能的电气级设计。原理图本质上是包含所有布局细节的地图或蓝图，例如阻抗信号、元件放置、输入/输出等。

无论您拥有哪种类型的 PCB，第一次就正确设计和布局非常重要。否则，您可能会面临可能导致项目延迟的布线问题、EMI 干扰和信号完整性问题。

高速 PCB 设计的重要组成部分

组件位置和电源偏置

组件是指用于构建任何电子设备的所有部件，例如电阻器、电容器、放大器和处理器等。严格按照原理图进行元件放置对于避免代价高昂或不合时宜的计划中断至关重要。

如果您有旁路电容器或电阻器来降低 PCB 的噪声，您希望将它们放置在电源引脚旁边。不要将它们串在底部。为了让这些类型的组件完成它们预期的工作，这些组件需要靠近与原理图相关的设备电源输入引脚。

返回路径设计

电流返回路径是电子从电压或电流源流出的路径。电子的“源”是它们进入电路的点。电子离开电路的点称为“返回”或“接地”。

寄生效应 

这是指不需要的信号或电源完整性，它会增加不需要的噪声。您可以通过使用信号模型和接地电源模型、正确的材料以及参考IPC布局指南以获取更多信息来避免此问题。

屏蔽

这是指保护敏感电路免受内部和外部干扰 - 换句话说，外部噪声。

高速 PCB 设计指南

尽量减少过孔的使用——当涉及到差分对时，您需要尽量减少在电路板上上下穿通过孔的使用。

必要时使用长度均衡 - 使差分对或信号对的长度匹配，以便沿铜迹线传输的电路时序相同。

更喜欢较短的走线长度——通常，您希望走线长度与它们正在供电的设备接近且较短。

注意走线间距——这可以最大限度地减少不必要的噪声和干扰。

高压电流——IPC 有关于高压电流和信号走线间距的特定规则。

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