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高频电路板在PCB设计中的特殊对策

  随着现代电子工业的高速发展,数字、高频电路正向高速、低耗、小体积、高抗干扰性方向发展,这样就给高频电路板设计提出了更高的要求,今天小编就给大家科普一下有关高频电路板设计的特殊对策。

  一、高频PCB布线

  高频电路的Protel99SE的PCB系统能提供32个信号层、16个机械层以及防焊层、锡膏层等70多个工作层供用户选择。合理选择层数能大幅度降低PCB尺寸,能有效地降低寄生电感,而且能有效缩短信号的传输长度进而大幅度地降低信号间的交叉干扰等等。所有这些都对高频电路板工作的可靠性有利,据经验来说的话同一种材料,四层板要比双面板的噪声低20dB,但是板层数越高,制造工艺越复杂,成本越高。而且高频电路往往集成度较高、布线密度更大。

  1、电源线与地线布线

  地线也不能形成电流环路,所以电源线和地线应靠近,尽量减小围出的面积,以降低电磁干扰。多级电路为防止局部电流产生地阻干扰,各级电路应分别一点接地(或尽量集中接地),高频电路板在达到30MHz以上时,则采用大面积接地,这时各级的内部元件也应集中一小块区域接地。一般在布线时,导线宽度在12-80mil之间,电源线一般取20mil-40mil,地线一般取40mil以上,在可能的情况下,导线尽量宽些。

  2、高频电路板布线的一般原则

  高频电路器件管脚间的导线越短越好,弯折越少越好,导线最好采用全直线,应尽量避免急剧的弯曲和尖角出现,需要转折,应用圆弧或折线过渡。这种要求在低频电路中仅仅用于提高钢箔的固着强度,而在高频电路中满足这一要求却可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。高频电路板布线中最好在相邻层分别取水平和竖直布线交替进行,同一层内的平行走线无法避免,但可以在PCB反面大面积敷设地线来降低干扰,针对常用的双面板,多层板可利用中间的电源层来实现这一功能。

  3、集成芯片的布线

  每个集成电路块的附近应设置一个高频退耦电容,由于Protel99SE软件在自动放置元件时并不考虑退耦电容与被退耦的集成电路间的位置关系,任由软件放置,使两者相距太远,退耦效果不好,这时必须用手工移动元件的办法事先干预两者位置,使之靠近。

  4、敷铜

  敷铜的主要目的是提高电路的抗干扰能力,同时对于PCB散热和PCB的强度有很大好处,敷铜接地又能起到屏蔽的作用。但是不能使用大面积条状铜箔,因为在PCB的使用中时间太长时会产生较大热量,此时条状铜箔容易发生膨胀和脱落现象,因此,在敷铜时最好采用栅格状铜箔,并将此栅格与电路的接地网络连通,这样栅格将会有较好的屏蔽效果,栅格网的尺寸由所要重点屏蔽的干扰频率而定。

  二、高频电路板布局

  布局操作在整个PCB设计中是很重要的,布局是布线操作的基础,要达到完美的元器件布局,设计人员就需要从电路工作特点和走线的角度来思考元件的布局。

  Protel99SE有自动布局的功能,具有集群式和统计式布局二种功能,但它并不能完全满足高频电路的工作要求,设计人员还需从PCB的可制造性、机械结构、散热、EMI(电磁干扰)、可靠性、信号的完整性等方面综合考虑布局,只有这样才能有效地提高PCB的寿命、稳定性、EMC(电磁兼容),才能使得布局更加完美。

  对于高频电路板的布局,设计人员应首先考虑对那些与结构紧密配合并且位置固定的元器件(例如电源插座、指示灯、连接件和开关等)进行布局,之后对线路上的特殊元件进行布局(例如发热元件、变压器、芯片等),最后对一些小器件进行布局。同时,要兼顾布线方面的要求,高频元器件的放置要尽量紧凑,信号线的布线才能尽可能短,从而尽可能降低信号线的交叉干扰。

  1、机械结构方面

  电源插座、指示灯、连接件和开关等都属于此类元器件,都是与机械尺寸有关的定位插件。通常,电源与PCB之间的接口放到PCB的边缘处,与PCB边缘要的距离一般不小于2mm;指示发光二极管应根据需要准确地放置;开关和一些微调元器件,如可调电感、可调电阻等应放置在靠近PCB边缘的位置,以便于调整和连接;需要经常更换的元器件必须放置在器件比较少的位置,以易于更换。质量超过15g的元器件应当用支架固定,又大又重的元件不宜直接安放到PCB上。

  2、散热方面

  大功率管、变压器、整流管等发热器件,在高频状态下工作时产生的热量较多,在高频电路板布局时应充分考虑通风和散热,将这类元器件放置在PCB边缘或通风处,竖放的板子,发热元件应放到板子上部,双面板的底层不得放置发热元件。大功率整流管和调整管等应装有散热器,并要远离变压器。电解电容器之类怕热的元件也应远离发热器件,否则电解液会被烤干,造成其电阻增大,性能变差,影响电路的稳定性。

  3、特殊元件的布局

  由于电源设备内部会产生50Hz泄漏磁场,当它与低频放大器的某些部分交连时,会对低频放大器产生干扰。因此,必须将它们隔离开或者进行屏蔽处理。

  放大器各级最好能按原理图排成直线形式,如此排法的优点是各级的接地电流就在本级闭合流动,不影响其他电路的工作。输入级与输出级应尽可能地远离,减小它们之间的寄生耦合干扰。考虑各个单元功能电路之间的信号传递关系,还应将低频电路和高频电路分开,模拟电路和数字电路分开。集成电路应放置在PCB的中央,这样方便各引脚与其他器件的布线连接。

  电感器、变压器等器件具有磁耦合,彼此之间应采用正交放置,以减小磁耦合。另外,它们都有较强的磁场,在其周围应有适当大的空间或进行磁屏蔽,以减小对其他电路的影响。

  4、电磁干扰

  我们常用的消除电磁干扰的方法有减小环路、滤波、屏蔽、尽量降低高频器件的速度、增加PCB的介电常数等方法。

  如集成电路的去耦电容要尽量就近放置,一般工作频率在10MHz以下的用0.1uF的电容,10MHz以上的用0.01uF的电容。

  某些元件或导线间有较高的电位差,应加大距离,以免放电。带高压元件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。易互相干扰的元器件不能靠得太近,输入、输出元器件应尽可能远离,避免反馈干扰。高频元器件为减小分布参数,一般就近安放(不规则排列)一般电路(低频电路)应按规则排列,便于装焊。

  高频电路板的设计过程一个复杂的过程,除了以上探讨的设计对策,还包括信号串扰在内的信号完整性、如何抑制噪声等问题,在设计周期的各个阶段采用不同的方法技术来确保设计的精准,从而设计出合理的,性能优良的高频电路板来,大家都知道了吗?

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