Технология PCB - Советы по прокладке высокоскоростных сигнальных печатных плат

Для маршрутизации высокоскоростных сигналов на печатной плате необходима теория линий передачи. Некоторые методы отличаются от традиционных методов маршрутизации сигналов. Ниже приведены некоторые ключевые советы по маршрутизации высокочастотных сигналов.

1. Схема питания и маршрутизация

В цифровых схемах потребляемый ток часто является непостоянным, что приводит к возникновению импульсных токов, которые могут создавать высокочастотные помехи, особенно для быстродействующих компонентов. При большой длине линий электропитания эти импульсные токи могут приводить к высокочастотным помехам, которые затем могут передаваться в другие сигналы.

При высокоскоростной передаче сигналов на печатной плате неизбежны паразитная индуктивность и паразитная емкость. Эти высокочастотные помехи могут в конечном итоге передаваться в другие цепи. Наличие паразитной индуктивности снижает способность трассы справляться с импульсными токами, что приводит к падению напряжения, что может привести к неисправности схемы.

Поэтому крайне важно устанавливать обходные конденсаторы рядом с цифровыми устройствами. Емкость конденсатора должна быть как большой, так и малой емкости, чтобы охватывать весь частотный диапазон. Конденсаторы меньшего размера следует размещать как можно ближе к контакту источника питания микросхемы. Путь обратного тока к опорному заземлению микросхемы должен быть как можно короче и шире, чтобы свести к минимуму влияние паразитной индуктивности на развязку высокочастотных помех. Конденсаторы большего размера можно разместить немного дальше от микросхемы, а конденсаторы меньшего размера - первыми.

2. Избегайте горячих точек:

Сигнальные переходы могут создавать помехи между уровнями питания и заземления, в основном из-за паразитной индуктивности во переходах, которая изменяет направление обратного тока, что потенциально может привести к проблемам с направлением обратного сигнала и повышенному уровню шума на земле. Паразитная индуктивность во переходных отверстиях в сочетании с паразитной емкостью компонентов (особенно силовых устройств) может вызвать резонанс, генерирующий высокочастотные паразитные колебания.

Неправильное размещение проводов может привести к увеличению плотности тока в определенных областях силовых кабелей или заземления, что приведет к возникновению горячих точек. Чтобы предотвратить это, переходные отверстия следует размещать в виде сетки, обеспечивая равномерную плотность тока и сохраняя непрерывность плоскостей, что позволяет избежать изоляции плоскости заземления и минимизировать проблемы с ЭМС (электромагнитной совместимостью).

3. Методы изгиба трассы

1. Правила изгиба трассы

При прокладке высокоскоростных сигнальных трасс изгибы неизбежны. Однако важно свести количество изгибов к минимуму. При изгибе всегда используйте закругленные или тупые углы и избегайте острых или прямоугольных изгибов.

2. Схема трассировки в виде серпантина

При высокоскоростной передаче сигналов часто используются трассы в виде серпантина для достижения одинаковой длины трассы. Однако сама трассировка в виде серпантина приводит к изгибам. Важно правильно выбрать ширину трассы, расстояние между трассами и методы изгиба. Расстояние должно соответствовать правилу 4 Вт/1,5 Вт, где "W" означает ширину следа.

4. Контроль перекрестных помех

Когда трассы высокоскоростного сигнала расположены слишком близко друг к другу, легко могут возникнуть перекрестные помехи. Из-за ограничений компоновки, размера печатной платы и т.д. минимальное требуемое расстояние между трассами может быть превышено. В таких случаях старайтесь по возможности увеличить расстояние между трассами высокоскоростного сигнала. Если позволяет пространство, всегда лучше максимально увеличить расстояние между трассами, чтобы свести к минимуму перекрестные помехи.

5. Ответвления при прокладке печатных плат

1. Ответвления от повышающих/понижающих резисторов

Длинные ответвления выполняют функцию антенн и могут вызывать серьезные проблемы с электромагнитной совместимостью. Ответвления также вызывают отражения сигнала, ухудшая его целостность. Ответвления обычно генерируются, когда к высокоскоростным сигнальным трассам добавляются повышающие или понижающие резисторы, при этом наиболее распространенным решением является маршрутизация трасс последовательным образом (также известная как "последовательная цепочка").

Опыт показывает, что если длина ответвительной линии превышает 1/10 длины волны сигнала, она может стать проблемной, фактически превращаясь в антенну.

2. Ответвительные линии на высокоскоростных сигнальных разъемах

В высокоскоростных сигнальных разъемах часто встречаются ответвления, особенно в конструкциях с несколькими разъемами. Лучшим решением является добавление последовательного резистора рядом с первым выводом разъема для уменьшения длины ответвления. При использовании первого разъема последовательный резистор можно отключить, чтобы уменьшить длину заглушки.

Ответвления в высокоскоростных сигналах не только вызывают отражения, но и приводят к рассогласованию импедансов, поскольку ответвление и соединительная трасса действуют параллельно, нарушая дифференциальный импеданс.

3. Линии-заглушки из автоматических тестовых точек

Во время автоматического тестирования тестовые точки часто добавляются к трассировкам высокоскоростных сигналов, создавая дополнительные линии-заглушки. Основными решениями для решения этой проблемы являются:

Удалите тестовые точки и соответствующую им трассировку с высокоскоростных сигнальных трасс.

Сократите длину трассы между тестовой точкой и выводом устройства или, в идеале, поместите тестовую точку непосредственно на вывод.

iPCB еще не завершил совместное использование высокоскоростной сигнальной печатной платы. Пожалуйста, ознакомьтесь со следующим разделом.