Nếu tần số của mạch logic kỹ thuật số đạt hoặc vượt quá 45MHZ ~ 50MHZ và mạch làm việc trên tần số này đã chiếm một lượng nhất định trong toàn bộ hệ thống điện tử (ví dụ: 1/3), nó thường được gọi là tần số cao mạch (mạch nhiều lớp). đĩa ăn). Thiết kế bảng mạch tần số cao là một quá trình thiết kế rất phức tạp và hệ thống dây điện của nó rất quan trọng đối với toàn bộ thiết kế!
Động thái đầu tiên, hệ thống dây bảng mạch nhiều lớp cao
Các mạch cao tần thường có tích hợp cao và mật độ dây cao. Việc sử dụng bảng mạch nhiều lớp không chỉ cần thiết cho hệ thống dây dẫn mà còn là một phương tiện hữu hiệu để giảm nhiễu. Trong giai đoạn Bố trí PCB, kích thước của bảng mạch in với một số lớp nhất định được lựa chọn hợp lý và lớp trung gian có thể được sử dụng đầy đủ để thiết lập lớp che chắn, nhằm nhận ra tốt hơn điểm nối đất gần nhất và giảm ký sinh trùng hiệu quả. tự cảm và rút ngắn độ dài truyền của tín hiệu, đồng thời, giảm Biên độ lớn của nhiễu chéo tín hiệu, v.v., tất cả các phương pháp này đều có lợi cho độ tin cậy của mạch tần số cao. Một số dữ liệu cho thấy khi sử dụng cùng một vật liệu, tiếng ồn của bảng bốn lớp (bảng mạch nhiều lớp) thấp hơn 20dB so với bảng hai mặt. Tuy nhiên, đồng thời, cũng có một vấn đề nan giải. Số nửa lớp của bảng mạch càng cao, quy trình sản xuất càng phức tạp và đơn giá càng cao. Điều này đòi hỏi chúng ta phải chọn một bảng mạch với số lớp phù hợp khi tiến hành Bố trí PCB. Lập kế hoạch bố trí thành phần hợp lý, và sử dụng các quy tắc đi dây chính xác để hoàn thành thiết kế.
Biện pháp thứ hai, càng ít chì uốn cong giữa các chân của thiết bị điện tử tốc độ cao, thì càng tốt
Các dây dẫn của hệ thống dây điện tần số cao tốt nhất là tất cả các đường thẳng và chúng cần phải được quay. Chúng có thể được xoay bằng 45- độ đứt đoạn hoặc vòng cung. Yêu cầu này chỉ được sử dụng để cải thiện độ bền cố định của lá đồng trong mạch tần số thấp, trong khi trong mạch tần số cao, yêu cầu này được đáp ứng. Một yêu cầu có thể làm giảm sự phát xạ bên ngoài và sự ghép nối lẫn nhau của các tín hiệu tần số cao.
Biện pháp thứ ba, càng ít xen kẽ giữa các lớp chì giữa các chân của thiết bị mạch cao tần thì càng tốt.
Cái gọi là "càng ít xen kẽ các lớp của các đạo trình thì càng tốt" có nghĩa là càng ít vias (Via) được sử dụng trong quá trình kết nối thành phần thì càng tốt. Theo bên cạnh đó, PCB qua có thể mang lại điện dung phân tán khoảng 0. 5pF và việc giảm số vias có thể cải thiện đáng kể tốc độ và giảm khả năng xảy ra lỗi dữ liệu.
Biện pháp thứ tư, dây dẫn giữa các chân của thiết bị mạch cao tần (bảng mạch đa lớp) càng ngắn thì càng tốt
Cường độ bức xạ của tín hiệu tỷ lệ với độ dài vết của đường tín hiệu. Dây dẫn tín hiệu tần số cao càng dài thì càng dễ ghép nối với các thành phần gần nó. Do đó, đối với các tín hiệu như đồng hồ, bộ dao động tinh thể, dữ liệu DDR, các đường tín hiệu tần số cao như đường LVDS, đường USB, và đường HDMI được yêu cầu càng ngắn càng tốt.
Bí quyết thứ năm, hãy chú ý đến "nhiễu xuyên âm" được giới thiệu bởi hệ thống dây song song của đường tín hiệu trong phạm vi gần
Trong hệ thống dây dẫn mạch tần số cao, cần chú ý đến "nhiễu xuyên âm" do việc đấu dây song song của các đường tín hiệu ở gần nhau. Crosstalk đề cập đến hiện tượng ghép nối giữa các đường tín hiệu không được kết nối trực tiếp. Vì tín hiệu cao tần được truyền dọc theo đường truyền dưới dạng sóng điện từ, nên đường tín hiệu sẽ hoạt động như một ăng-ten, và năng lượng của trường điện từ sẽ được phát ra xung quanh đường truyền. Gọi là nhiễu xuyên âm (Crosstalk). Các thông số của lớp PCB, khoảng cách của các đường tín hiệu, đặc tính điện của đầu dẫn và đầu nhận, và phương pháp kết thúc của các đường tín hiệu đều có ảnh hưởng nhất định đến nhiễu xuyên âm. Do đó, để giảm nhiễu xuyên âm của tín hiệu tần số cao, cần phải làm những việc sau càng nhiều càng tốt khi đấu dây:
Trong điều kiện không gian đi dây cho phép, hãy chèn một dây nối đất hoặc mặt phẳng nối đất giữa hai đường dây có nhiễu xuyên âm nghiêm trọng, có thể đóng vai trò cách ly và giảm nhiễu xuyên âm.
Khi có trường điện từ biến thiên theo thời gian trong không gian xung quanh đường tín hiệu, nếu không thể tránh được sự phân bố song song, có thể bố trí một vùng "mặt đất" lớn ở phía đối diện của đường tín hiệu song song để giảm nhiễu đáng kể.
Theo giả thiết rằng không gian đi dây cho phép, hãy tăng khoảng cách giữa các đường tín hiệu liền kề, giảm độ dài song song của các đường tín hiệu và cố gắng làm cho đường đồng hồ vuông góc với các đường tín hiệu chính thay vì song song.
Nếu các vết song song trong cùng một lớp hầu như không thể tránh khỏi thì ở hai lớp liền kề, hướng của các vết phải vuông góc với nhau.
Trong các mạch kỹ thuật số, các tín hiệu xung nhịp thông thường là các tín hiệu có tốc độ thay đổi cạnh nhanh và nhiễu xuyên âm bên ngoài lớn. Vì vậy, trong thiết kế, dây đồng hồ nên được bao quanh bởi dây nối đất và nên làm nhiều lỗ dây nối đất hơn để giảm điện dung phân bố và do đó giảm nhiễu xuyên âm.
Đối với đồng hồ tín hiệu tần số cao, cố gắng sử dụng tín hiệu đồng hồ vi sai điện áp thấp và quấn đất, và bạn cần chú ý đến tính toàn vẹn của đột đất.
Không treo thiết bị đầu cuối đầu vào không sử dụng, nhưng nối đất nó hoặc kết nối nó với nguồn điện (nguồn điện cũng được nối đất trong vòng tín hiệu tần số cao), vì đường dây treo có thể tương đương với ăng ten phát và nối đất có thể ngăn chặn sự phát xạ. Thực tiễn đã chứng minh rằng việc loại bỏ nhiễu xuyên âm theo cách này đôi khi có thể có hiệu quả ngay lập tức.
Biện pháp thứ sáu, chân nguồn của khối mạch tích hợp (bảng mạch đa lớp) tăng tụ điện tách tần số cao
Một tụ điện tách tần số cao được thêm vào gần chân cấp nguồn của mỗi khối mạch tích hợp. Thêm tụ tách tần số cao trên chân nguồn có thể triệt tiêu nhiễu do sóng hài tần số cao gây ra trên chân nguồn một cách hiệu quả.
Biện pháp thứ bảy, tránh vòng lặp do hệ thống dây điện tạo thành
Tất cả các loại dấu vết tín hiệu tần số cao không nên tạo thành vòng lặp càng nhiều càng tốt. Nếu không thể tránh được, diện tích vòng lặp nên được giữ càng nhỏ càng tốt.
Bí quyết thứ tám là cách ly dây nối đất của tín hiệu kỹ thuật số tần số cao và dây nối đất của tín hiệu tương tự.
Khi dây nối đất tương tự, dây nối đất kỹ thuật số, v.v. được kết nối với dây nối đất công cộng, các hạt từ trường cuộn cảm tần số cao nên được sử dụng để kết nối hoặc cách ly trực tiếp và kết nối một điểm tại một nơi thích hợp. Điện thế nối đất của dây nối đất của tín hiệu kỹ thuật số tần số cao nói chung là không nhất quán và thường có sự chênh lệch điện áp nhất định giữa hai loại. Hơn nữa, dây nối đất của tín hiệu số cao tần thường có thành phần sóng hài rất phong phú của tín hiệu cao tần. Khi dây nối đất tín hiệu kỹ thuật số và dây nối đất tín hiệu tương tự được kết nối trực tiếp, sóng hài của tín hiệu tần số cao sẽ gây nhiễu tín hiệu tương tự thông qua khớp nối dây nối đất. Do đó, trong trường hợp bình thường, dây nối đất của tín hiệu kỹ thuật số tần số cao và dây nối đất của tín hiệu tương tự cần được cách ly, có thể được kết nối với nhau tại một điểm duy nhất tại một vị trí thích hợp, hoặc kết nối với nhau bằng các hạt từ tính tần số cao.
Biện pháp thứ chín, phải đảm bảo khớp trở kháng tín hiệu tốt
Trong quá trình truyền tín hiệu, khi trở kháng không phù hợp thì tín hiệu sẽ phản xạ tín hiệu trong kênh truyền, và phản xạ sẽ làm cho tín hiệu tổng hợp tạo thành tín hiệu vượt tần làm cho tín hiệu dao động gần ngưỡng logic.
Cách cơ bản để loại bỏ sự phản xạ là làm cho trở kháng của tín hiệu truyền dẫn được kết hợp tốt. Vì sự chênh lệch giữa trở kháng tải và trở kháng đặc tính của đường truyền càng lớn thì phản xạ càng lớn. Do đó, trở kháng đặc tính của đường truyền tín hiệu phải được làm bằng trở kháng tải càng nhiều càng tốt. Đồng thời, cần lưu ý đường truyền trên bảng mạch không được có sự thay đổi, bẻ góc đột ngột và cố gắng giữ liên tục trở kháng của từng điểm trên đường truyền, nếu không sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ giữa các đoạn của đường truyền. đường kẻ.
Điều này yêu cầu các quy tắc đi dây sau đây phải được tuân thủ khi tiến hành đi dây PCB tốc độ cao:
Quy tắc nối dây USB. Dấu vết khác biệt cho tín hiệu USB là bắt buộc, với độ rộng dòng là 10 mils, khoảng cách dòng là 6 mils và khoảng cách 6 mil giữa đường tiếp đất và đường tín hiệu.
Quy tắc đấu dây HDMI. Cần có dấu vết phân biệt tín hiệu HDMI, chiều rộng đường truyền là 10 triệu, khoảng cách đường truyền là 6 triệu và khoảng cách giữa mỗi cặp tín hiệu vi sai HDMI vượt quá 20 triệu.
Quy tắc đấu dây LVDS. Dấu vết vi phân tín hiệu LVDS là bắt buộc, với độ rộng dòng là 7mil và khoảng cách dòng là 6m. Mục đích là để điều khiển trở kháng của cặp tín hiệu vi sai của HDMI là 100 cộng với -15 phần trăm ohm
Quy tắc định tuyến DDR. Hệ thống dây dẫn DDR1 yêu cầu tín hiệu không đi qua các lỗ càng nhiều càng tốt, các đường tín hiệu có độ rộng bằng nhau và các đường cách đều nhau. Hệ thống dây dẫn phải đáp ứng nguyên tắc 2W để giảm nhiễu xuyên âm giữa các tín hiệu. Đối với các thiết bị tốc độ cao từ DDR2 trở lên, dữ liệu tần số cao cũng được yêu cầu. Chiều dài của đường dây bằng nhau để đảm bảo sự phù hợp trở kháng của tín hiệu.
Bí quyết thứ mười là duy trì tính toàn vẹn của việc truyền tín hiệu và ngăn chặn "hiện tượng dội đất" gây ra bởi sự tách rời của dây nối đất.