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PCB设计高速模拟输入信号走线方法及规则

2018-10-29
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本文主要详解PCB设计高速模拟输入信号走线,首先介绍了PCB设计高速模拟输入信号走线方法,其次阐述了九大关于PCB设计高速模拟输入信号走线规则,具体的跟随小编一起来了解一下。


PCB设计高速模拟输入信号走线方法

线宽越宽抗干扰能力越强,信号质量越好(趋肤效应的影响)。但同时又要保证50Ω特征阻抗的要求。正常的FR4板材,表层线宽6MIL阻抗为50Ω。这个显然不能满足高速模拟输入的信号质量的要求,所以我们一般采用挖空GND02,让其参考ART03层。这样差分信号可以算到12/10,单线可以算到18MIL。(注意线宽超过18MIL再加宽就没有意义了)


图中高亮为绿色的CLINE为参考ART03层的单线和差分高速模拟输入。在这样做的同时还要做一些细节处理:


(1)TOP层模拟部分需要包地处理,如上图。需要注意的是包地铜皮到模拟输入CLINE的距离,需要做到3W,也就是铜皮边沿到CLINE的AIRGAP为线宽的两倍。根据一些电磁理论计算和仿真,PCB板上信号线的磁场和电场主要是分布在3W范围之内的。(受周围信号干扰噪声小于等于1%)。


(2)模拟区域的正片层的GND铺铜也需要与周围的数字区域隔离,即所有层隔离。


(3)GND02的挖空处理,平常情况下我们一般是把这个区域全部挖空,这样操作比较简单,也没有什么问题。但是考虑到细节方面或者说为了做的更好,我们可以只把模拟输入走线部分的正下方挖空,当然是和TOP层一样,3W区域。这样既可以保证信号质量也能保证板子的平整度。处理结果如下图:


这样可以使高速模拟输入信号的返回路径在GND02层得到迅速回流。也就是模拟地回流路径变短。


(4)在高速模拟信号的的周围不规则的打大量的GND过孔,使模拟信号迅速回流。也可以吸收噪声。


高速PCB信号走线的规则盘点


规则一:高速PCB信号走线屏蔽规则


在高速的PCB设计中,时钟等关键的高速信号线,走线需要进行屏蔽处理,如果没有屏蔽或只屏蔽了部分,都会造成EMI的泄漏。建议屏蔽线,每1000mil,打孔接地。


规则二:高速信号的走线闭环规则


由于PCB板的密度越来越高,很多PCB LAYOUT工程师在走线的过程中,很容易出现一种失误,即时钟信号等高速信号网络,在多层的PCB走线的时候产生了闭环的结果,这样的闭环结果将产生环形天线,增加EMI的辐射强度。


规则三:高速信号的走线开环规则


规则二提到高速信号的闭环会造成EMI辐射,然而开环同样会造成EMI辐射。


时钟信号等高速信号网络,在多层的PCB走线的时候一旦产生了开环的结果,将产生线形天线,增加EMI的辐射强度。


规则四:高速信号的特性阻抗连续规则


高速信号,在层与层之间切换的时候必须保证特性阻抗的连续,否则会增加EMI的辐射。也就是说,同层的布线的宽度必须连续,不同层的走线阻抗必须连续。


规则五:高速PCB设计的布线方向规则


相邻两层间的走线必须遵循垂直走线的原则,否则会造成线间的串扰,增加EMI辐射。


简而言之,相邻的布线层遵循横平竖垂的布线方向,垂直的布线可以抑制线间的串扰。


规则六:高速PCB设计中的拓扑结构规则


在高速PCB设计中,线路板特性阻抗的控制和多负载情况下的拓扑结构的设计,直接决定着产品的成功还是失败。


为菊花链式拓扑结构,一般用于几Mhz的情况下为益。高速PCB设计中建议使用后端的星形对称结构。


规则七:走线长度的谐振规则


检查信号线的长度和信号的频率是否构成谐振,即当布线长度为信号波长1/4的时候的整数倍时,此布线将产生谐振,而谐振就会辐射电磁波,产生干扰。


规则八:回流路径规则


所有的高速信号必须有良好的回流路径。尽可能地保证时钟等高速信号的回流路径最小。否则会极大的增加辐射,并且辐射的大小和信号路径和回流路径所包围的面积成正比。


规则九:器件的退耦电容摆放规则


退耦电容的摆放的位置非常的重要。摆放不合理根本起不到退耦的效果。其原则是:靠近电源的管脚,并且电容的电源走线和地线所包围的面积最小。


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