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高頻電路板在PCB設(shè)計(jì)中的特殊對(duì)策

2017-05-08

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隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的高速發(fā)展,數(shù)字、高頻電路正向高速、低耗、小體積、高抗干擾性方向發(fā)展,這樣就給高頻電路板設(shè)計(jì)提出了更高的要求,今天小編就給大家科普一下有關(guān)高頻電路板設(shè)計(jì)的特殊對(duì)策。

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、高頻PCB 布線

高頻電路的Protel 99SE 的PCB系統(tǒng)能提供32 個(gè)信號(hào)層、16 個(gè)機(jī)械層以及防焊層、錫膏層等70 多個(gè)工作層供用戶選擇。合理選擇層數(shù)能大幅度降低PCB 尺寸,能有效地降低寄生電感,而且能有效縮短信號(hào)的傳輸長(zhǎng)度進(jìn)而大幅度地降低信號(hào)間的交叉干擾等等。 所有這些都對(duì)高頻電路板工作的可靠性有利,據(jù)經(jīng)驗(yàn)來說的話同一種材料,四層板要比雙面板的噪聲低20dB,但是板層數(shù)越高,制造工藝越復(fù)雜,成本越高。而且頻電路往往集成度較高、布線密度更大。

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高頻電路板在PCB設(shè)計(jì)中的特殊對(duì)策

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1?、電源線與地線布線

地線也不能形成電流環(huán)路,所以電源線和地線應(yīng)靠近,盡量減小圍出的面積,以降低電磁干擾。多級(jí)電路為防止局部電流產(chǎn)生地阻干擾,各級(jí)電路應(yīng)分別一點(diǎn)接地(或盡量集中接地),高頻電路板在達(dá)到3 0 M H z 以上時(shí),則采用大面積接地,這時(shí)各級(jí)的內(nèi)部元件也應(yīng)集中一小塊區(qū)域接地。一般在布線時(shí),導(dǎo)線寬度在12-80mil 之間,電源線一般取20mil-40mil,地線一般取40mil 以上,在可能的情況下,導(dǎo)線盡量寬些。

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2?、高頻電路板布線的一般原則

高頻電路器件管腳間的導(dǎo)線越短越好,彎折越少越好,導(dǎo)線最好采用全直線,應(yīng)盡量避免急劇的彎曲和尖角出現(xiàn),需要轉(zhuǎn)折,應(yīng)用圓弧或折線過渡。這種要求在低頻電路中僅僅用于提高鋼箔的固著強(qiáng)度,而在高頻電路中滿足這一要求卻可以減少高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射和相互間的耦合。高頻電路板布線中最好在相鄰層分別取水平和豎直布線交替進(jìn)行,同一層內(nèi)的平行走線無法避免,但可以在PCB 反面大面積敷設(shè)地線來降低干擾,針對(duì)常用的雙面板,多層板可利用中間的電源層來實(shí)現(xiàn)這一功能。

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3 、集成芯片的布線

每個(gè)集成電路塊的附近應(yīng)設(shè)置一個(gè)高頻退耦電容,由于 Protel 99SE 軟件在自動(dòng)放置元件時(shí)并不考慮退耦電容與被退耦的集成電路間的位置關(guān)系,任由軟件放置,使兩者相距太遠(yuǎn),退耦效果不好,這時(shí)必須用手工移動(dòng)元件的辦法事先干預(yù)兩者位置,使之靠近。

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4 、敷銅

敷銅的主要目的是提高電路的抗干擾能力,同時(shí)對(duì)于 PCB 散熱和 PCB 的強(qiáng)度有很大好處,敷銅接地又能起到屏蔽的作用。但是不能使用大面積條狀銅箔,因?yàn)樵?PCB的使用中時(shí)間太長(zhǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大熱量,此時(shí)條狀銅箔容易發(fā)生膨脹和脫落現(xiàn)象,因此,在敷銅時(shí)最好采用柵格狀銅箔,并將此柵格與電路的接地網(wǎng)絡(luò)連通,這樣?xùn)鸥駥?huì)有較好的屏蔽效果,柵格網(wǎng)的尺寸由所要重點(diǎn)屏蔽的干擾頻率而定。

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、高頻電路板 布局

布局操作在整個(gè)PCB設(shè)計(jì)中是很重要的,布局是布線操作的基礎(chǔ),要達(dá)到完美的元器件布局,設(shè)計(jì)人員就需要從電路工作特點(diǎn)和走線的角度來思考元件的布局。

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Protel 99SE 有自動(dòng)布局的功能,具有集群式和統(tǒng)計(jì)式布局二種功能,但它并不能完全滿足高頻電路的工作要求,設(shè)計(jì)人員還需從PCB 的可制造性、機(jī)械結(jié)構(gòu)、散熱、EMI(電磁干擾)、可靠性、信號(hào)的完整性等方面綜合考慮布局,只有這樣才能有效地提高PCB的壽命、穩(wěn)定性、EMC(電磁兼容),才能使得布局更加完美。

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對(duì)于高頻電路板的布局,設(shè)計(jì)人員應(yīng)首先考慮對(duì)那些與結(jié)構(gòu)緊密配合并且位置固定的元器件(例如電源插座、指示燈、連接件和開關(guān)等)進(jìn)行布局,之后對(duì)線路上的特殊元件進(jìn)行布局(例如發(fā)熱元件、變壓器、芯片等),最后對(duì)一些小器件進(jìn)行布局。同時(shí),要兼顧布線方面的要求,高頻元器件的放置要盡量緊湊,信號(hào)線的布線才能盡可能短,從而盡可能降低信號(hào)線的交叉干擾。

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1 、機(jī)械結(jié)構(gòu)方面

電源插座、指示燈、連接件和開關(guān)等都屬于此類元器件,都是與機(jī)械尺寸有關(guān)的定位插件。通常,電源與PCB 之間的接口放到 PCB的邊緣處 ,與 PCB 邊緣要的距離一般不小于2mm;指示發(fā)光二極管應(yīng)根據(jù)需要準(zhǔn)確地放置;開關(guān)和一些微調(diào)元器件,如可調(diào)電感、可調(diào)電阻等應(yīng)放置在靠近 PCB 邊緣的位置,以便于調(diào)整和連接;需要經(jīng)常更換的元器件必須放置在器件比較少的位置,以易于更換。質(zhì)量超過15g 的元器件應(yīng)當(dāng)用支架固定,又大又重的元件不宜直接安放到PCB 上。

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2 、散熱方面

大功率管、變壓器、整流管等發(fā)熱器件,在高頻狀態(tài)下工作時(shí)產(chǎn)生的熱量較多,在高頻電路板布局時(shí)應(yīng)充分考慮通風(fēng)和散熱,將這類元器件放置在 PCB 邊緣或通風(fēng)處,豎放的板子,發(fā)熱元件應(yīng)放到板子上部,雙面板的底層不得放置發(fā)熱元件。大功率整流管和調(diào)整管等應(yīng)裝有散熱器,并要遠(yuǎn)離變壓器。電解電容器之類怕熱的元件也應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱器件,否則電解液會(huì)被烤干,造成其電阻增大,性能變差,影響電路的穩(wěn)定性。

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3、特殊元件的布局

由于電源設(shè)備內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生50Hz泄漏磁場(chǎng),當(dāng)它與低頻放大器的某些部分交連時(shí),會(huì)對(duì)低頻放大器產(chǎn)生干擾。因此,必須將它們隔離開或者進(jìn)行屏蔽處理。

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放大器各級(jí)最好能按原理圖排成直線形式,如此排法的優(yōu)點(diǎn)是各級(jí)的接地電流就在本級(jí)閉合流動(dòng),不影響其他電路的工作。輸入級(jí)與輸出級(jí)應(yīng)盡可能地遠(yuǎn)離,減小它們之間的寄生耦合干擾??紤]各個(gè)單元功能電路之間的信號(hào)傳遞關(guān)系,還應(yīng)將低頻電路和高頻電路分開,模擬電路和數(shù)字電路分開。集成電路應(yīng)放置在 PCB 的中央,這樣方便各引腳與其他器件的布線連接。

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電感器、變壓器等器件具有磁耦合,彼此之間應(yīng)采用正交放置,以減小磁耦合。另外,它們都有較強(qiáng)的磁場(chǎng),在其周圍應(yīng)有適當(dāng)大的空間或進(jìn)行磁屏蔽,以減小對(duì)其他電路的影響。

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4 、電磁干擾

我們常用的消除電磁干擾的方法有減小環(huán)路、濾波、屏蔽、盡量降低高頻器件的速度、增加PCB 的介電常數(shù)等方法。

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如集成電路的去耦電容要盡量就近放置,一般工作頻率在10MHz以下的用0.1uF的電容,10MHz 以上的用0.01uF的電容。

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某些元件或?qū)Ь€間有較高的電位差,應(yīng)加大距離,以免放電。帶高壓元件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方。易互相干擾的元器件不能靠得太近,輸入、輸出元器件應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離,避免反饋干擾。高頻元器件為減小分布參數(shù),一般就近安放(不規(guī)則排列)一般電路(低頻電路)應(yīng)按規(guī)則排列,便于裝焊。

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高頻電路板的設(shè)計(jì)過程一個(gè)復(fù)雜的過程,除了以上探討的設(shè)計(jì)對(duì)策,還包括信號(hào)串?dāng)_在內(nèi)的信號(hào)完整性、如何抑制噪聲等問題,在設(shè)計(jì)周期的各個(gè)階段采用不同的方法技術(shù)來確保設(shè)計(jì)的精準(zhǔn),從而設(shè)計(jì)出合理的,性能優(yōu)良的高頻電路板來,大家都知道了嗎?

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