PCB設(shè)計(jì)中高頻電路的特殊對(duì)策

介紹

隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)字、高頻電路正向高速、低耗、小體積、高抗干擾方向發(fā)展，這對(duì)PCB（印刷電路板、印制電路板）提出了更高的要求。 ） 設(shè)計(jì)。 Protel 99SE設(shè)計(jì)系統(tǒng)充分利用了Windows XP和Windows 2000平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，其核心PCB模塊的超強(qiáng)設(shè)計(jì)環(huán)境使設(shè)計(jì)工作能夠更有效地實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)要求。 對(duì)于高頻電路設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，不再是簡(jiǎn)單地要求PCB布局率，而是要求設(shè)計(jì)者基于扎實(shí)的理論知識(shí)和豐富的PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，從電路工作特性和實(shí)際工作環(huán)境等方面考慮自己的設(shè)計(jì)。 只有這樣才能做出理想的PCB。

本文針對(duì)PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中高頻電路的布局和布線，以Protel 99SE軟件為例，探討PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中高頻電路的對(duì)策和設(shè)計(jì)技巧。

一、高頻PCB布局

布局操作在整個(gè)PCB設(shè)計(jì)中非常重要。 布局是布線操作的基礎(chǔ)。 為了實(shí)現(xiàn)完美的元件布局，設(shè)計(jì)者需要從電路工作特性和布線的角度來(lái)考慮元件布局。

Protel 99SE具有自動(dòng)布局功能，它有兩種功能：聚類(lèi)布局和統(tǒng)計(jì)布局。 但不能完全滿足高頻電路的工作要求。 設(shè)計(jì)者還需要從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)完整性等方面綜合考慮布局，只有這樣才能保證PCB的壽命、穩(wěn)定性、EMC（電磁兼容性）。 PCB得到有效改進(jìn)，使布局更加完美。

對(duì)于高頻電路的布局，設(shè)計(jì)者應(yīng)首先考慮那些與結(jié)構(gòu)緊密配合且位置固定的元器件（如電源插座、指示燈、連接器、開(kāi)關(guān)等）的布局，然后再考慮特殊元器件的布局 線上（如加熱元件、變壓器、芯片等），最后是一些小元件的布局。 同時(shí)還要考慮布線要求。 高頻元件的放置應(yīng)盡可能緊湊，使信號(hào)線的走線盡可能短，從而盡可能減少信號(hào)線的交叉干擾。

1、機(jī)械結(jié)構(gòu)

電源插座、指示燈、連接器和開(kāi)關(guān)都是這樣的組件，它們是與機(jī)械尺寸相關(guān)的定位插件。 一般電源與PCB的接口放置在PCB邊緣，距PCB邊緣的距離一般不小于2mm； 指示LED應(yīng)按要求準(zhǔn)確放置； 開(kāi)關(guān)和一些微調(diào)元件，如可調(diào)電感和電阻，應(yīng)放置在靠近PCB邊緣的位置，以便于調(diào)節(jié)和連接； 需要經(jīng)常更換的部件必須放置在部件較少的位置，以便于更換。 質(zhì)量超過(guò)15g的元件應(yīng)使用支架固定，大而重的元件不應(yīng)直接放置在PCB上。

2、散熱

大功率管、變壓器、整流管等發(fā)熱器件在高頻工作時(shí)產(chǎn)生較多熱量。 布局時(shí)應(yīng)充分考慮通風(fēng)、散熱。 此類(lèi)元件應(yīng)放置在PCB的邊緣或通風(fēng)處。 立板的發(fā)熱元件應(yīng)放置在板的上部，雙面板的底層不得放置發(fā)熱元件。 大功率整流管、穩(wěn)壓管應(yīng)加裝散熱器，并遠(yuǎn)離變壓器。 電解電容器等熱敏元件也應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱器件，否則電解液會(huì)干燥，導(dǎo)致其電阻增大、性能變差，影響電路的穩(wěn)定性。

3、特殊元件布局

由于供電設(shè)備內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生50Hz漏磁場(chǎng)，當(dāng)與低頻放大器的某些部件連接時(shí)，會(huì)對(duì)低頻放大器產(chǎn)生干擾。 因此，必須將它們隔離或屏蔽。

各級(jí)放大器最好按原理圖排列成一條直線。 這種布置的優(yōu)點(diǎn)是各級(jí)接地電流都會(huì)在這一級(jí)流動(dòng)，而不影響其他電路的運(yùn)行。 輸入級(jí)和輸出級(jí)應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離，以減少它們之間的寄生耦合干擾。 考慮各單元功能電路之間的信號(hào)傳輸關(guān)系，低頻電路與高頻電路分開(kāi)，模擬電路與數(shù)字電路分開(kāi)。 集成電路應(yīng)放置在PCB的中央，以便于各引腳與其他器件之間的布線連接。

電感器、變壓器等器件具有磁耦合，應(yīng)將它們相互正交放置，以減少磁耦合。 另外，它們都具有較強(qiáng)的磁場(chǎng)，周?chē)鷳?yīng)有適當(dāng)大的空間或磁屏蔽，以減少對(duì)其他電路的影響。

4、電磁干擾

我們常用的消除電磁干擾的方法包括減少環(huán)路、濾波、屏蔽、盡量降低高頻器件的速度、提高PCB的介電常數(shù)等。

例如，集成電路的去耦電容應(yīng)盡可能靠近放置。 一般工作頻率在10MHz以下應(yīng)采用0.1uF電容，工作頻率在10MHz以上應(yīng)采用0.01uF電容。

如果某些元件或電線之間存在較高的電位差，應(yīng)增加距離以避免放電。 高壓元件應(yīng)布置在調(diào)試時(shí)不易觸及的地方。 容易相互干擾的部件不要靠得太近。 輸入和輸出元件應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離，以避免反饋干擾。 為了減少高頻元件的分布參數(shù)，通用電路（低頻電路）應(yīng)規(guī)則排列，以利于組裝和焊接。

二、高頻PCB布線

高頻電路往往具有高集成度和高布線密度。 多層板是布線所必需的，也是減少干擾的有效手段。 Protel 99SE的PCB系統(tǒng)可以提供70多個(gè)工作層，其中包括32個(gè)信號(hào)層、16個(gè)機(jī)械層和阻焊層，供用戶選擇。 合理選擇層數(shù)可以大大減小PCB的尺寸，充分利用中間層設(shè)置屏蔽，更好地實(shí)現(xiàn)就近接地，有效降低寄生電感，有效縮短信號(hào)的傳輸長(zhǎng)度，大大減少之間的交叉干擾 信號(hào)。 這些都有利于高頻電路工作的可靠性。 有數(shù)據(jù)表明，在使用相同材料的情況下，4層板的噪聲比雙面板低20dB。 但層數(shù)越高，制造工藝越復(fù)雜，成本也越高。

一般接線原則：

高頻電路器件引腳間的導(dǎo)線越短越好，彎曲越少越好。 電線最好是直的。 應(yīng)盡量避免急彎和尖角。 如需轉(zhuǎn)彎，應(yīng)采用圓弧或折線過(guò)渡。 此要求僅用于提高低頻電路中鋼箔的固定強(qiáng)度，而在高頻電路中滿足此要求可減少高頻信號(hào)的對(duì)外傳輸和相互耦合。 高頻電路布線時(shí)，相鄰層最好采取水平和垂直交替布線。