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| 降低PCB互連設(shè)計RF效應(yīng)小技巧 |
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| 文章來源： 更新時間：2013/8/17 10:19:00 |
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【導(dǎo)讀】本文將介紹電路板系統(tǒng)的芯片到電路板、PCB板內(nèi)互連以及PCB與外部器件之間的三類互連設(shè)計的各種技巧，包括器件安裝、布線的隔離以及減少引線電感的措施等，以幫助設(shè)計師最大程度降低PCB互連設(shè)計中的RF效應(yīng)。
電路板系統(tǒng)的互連包括：芯片到電路板、PCB板內(nèi)互連以及PCB與外部器件之間的三類互連。在RF設(shè)計中，互連點處的電磁特性是工程設(shè)計面臨的主要問題之一，本文介紹上述三類互連設(shè)計的各種技巧，內(nèi)容涉及器件安裝方法、布線的隔離以及減少引線電感的措施等等。
目前有跡象表明，印刷電路板設(shè)計的頻率越來越高。隨著數(shù)據(jù)速率的不斷增長，數(shù)據(jù)傳送所要求的帶寬也促使信號頻率上限達(dá)到1GHz，甚至更高。這種高頻信號技術(shù)雖然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出毫米波技術(shù)范圍(30GHz)，但的確也涉及RF和低端微波技術(shù)。
RF工程設(shè)計方法必須能夠處理在較高頻段處通常會產(chǎn)生的較強(qiáng)電磁場效應(yīng)。這些電磁場能在相鄰信號線或PCB線上感生信號，導(dǎo)致令人討厭的串?dāng)_(干擾及總噪聲)，并且會損害系統(tǒng)性能�；�?fù)p主要是由阻抗失配造成，對信號產(chǎn)生的影響如加性噪聲和干擾產(chǎn)生的影響一樣。
高回?fù)p有兩種負(fù)面效應(yīng)：
1.信號反射回信號源會增加系統(tǒng)噪聲，使接收機(jī)更加難以將噪聲和信號區(qū)分開來；
2.任何反射信號基本上都會使信號質(zhì)量降低，因為輸入信號的形狀出現(xiàn)了變化。
盡管由于數(shù)字系統(tǒng)只處理1和0信號并具有非常好的容錯性，但是高速脈沖上升時產(chǎn)生的諧波會導(dǎo)致頻率越高信號越弱。盡管前向糾錯技術(shù)可以消除一些負(fù)面效應(yīng)，但是系統(tǒng)的部分帶寬用于傳輸冗余數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低。一個較好的解決方案是讓RF效應(yīng)有助于而非有損于信號的完整性。建議數(shù)字系統(tǒng)最高頻率處(通常是較差數(shù)據(jù)點)的回?fù)p總值為-25dB，相當(dāng)于VSWR為1.1。
PCB設(shè)計的目標(biāo)是更小、更快和成本更低。對于RFPCB而言，高速信號有時會限制PCB設(shè)計的小型化。目前，解決串?dāng)_問題的主要方法是進(jìn)行接地層管理，在布線之間進(jìn)行間隔和降低引線電感(studcapacitance)。降低回?fù)p的主要方法是進(jìn)行阻抗匹配。此方法包括對絕緣材料的有效管理以及對有源信號線和地線進(jìn)行隔離，尤其在狀態(tài)發(fā)生跳變的信號線和地之間更要進(jìn)行間隔。
由于互連點是電路鏈上最為薄弱的環(huán)節(jié)，在RF設(shè)計中，互連點處的電磁性質(zhì)是工程設(shè)計面臨的主要問題，要考察每個互連點并解決存在的問題。電路板系統(tǒng)的互連包括芯片到電路板、PCB板內(nèi)互連以及PCB與外部裝置之間信號輸入/輸出等三類互連。
一、芯片到PCB板間的互連
Pentium IV以及包含大量輸入/輸出互連點的高速芯片已經(jīng)面世。就芯片本身而言，其性能可靠，并且處理速率已經(jīng)能夠達(dá)到1GHz。在最近GHz互連研討會上，最令人激動之處在于：處理I/O數(shù)量和頻率不斷增長問題的方法已經(jīng)廣為人知。芯片與PCB互連的最主要問題是互連密度太高會導(dǎo)致PCB材料的基本結(jié)構(gòu)成為限制互連密度增長的因素。會議上提出了一個創(chuàng)新的解決方案，即采用芯片內(nèi)部的本地?zé)o線發(fā)射器將數(shù)據(jù)傳送到鄰近的電路板上。無論此方案是否有效，與會人員都非常清楚：就高頻應(yīng)用而言，IC設(shè)計技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于PCB設(shè)計技術(shù)。
二、PCB板內(nèi)互連
進(jìn)行高頻PCB設(shè)計的技巧和方法如下：
1. 傳輸線拐角要采用45°角，以降低回?fù)p(圖1)；
三、PCB與外部裝置互連
現(xiàn)在可以認(rèn)為我們解決了板上以及各個分立組件互連上的所有信號管理問題。那么怎么解決從電路板到連接遠(yuǎn)端器件導(dǎo)線的信號輸入/輸出問題呢？同軸電纜技術(shù)的創(chuàng)新者TrompeterElectronics公司正致力于解決這個問題，并已經(jīng)取得一些重要進(jìn)展(圖3)。 另外，看一下圖4中給出的電磁場。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，接地層在有源線之下。這就引入了某些邊緣效應(yīng)，需在設(shè)計時了解、預(yù)測并加以考慮。當(dāng)然，這種不匹配也會導(dǎo)致回?fù)p，必須最大程度減小這種不匹配以避免產(chǎn)生噪音和信號干擾。 |
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