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超實用高頻PCB電路設計的五個問答

1.如何選擇PCB 板材?

選擇PCB板材必須在滿足設計需求和可量產性及成本中間取得平衡點。通常在設計非常高速的 PCB 板子時材質問題會比較重要。例如,現在常用的 FR-4 材質,在幾個GHz 的頻率時的介質損耗會對信號衰減有很大的影響,可能就不合用。就電氣而言,要注意介電常數和介質損耗在所設計的頻率是否合用。

2.如何處理實際佈線中的一些理論衝突的問題?

基本上, 將模/數地分割隔離是對的。 要注意的是信號走線儘量不要跨過有分割的地方, 還有不要讓電源和信號的回流電流路徑變太大。

晶振是模擬的正回饋振盪電路, 要有穩定的振盪信號, 必須滿足loop gain 與 phase 的規範, 而這模擬信號的振盪規範很容易受到干擾, 即使加 ground guard traces 可能也無法完全隔離干擾。而且離的太遠,地平面上的雜訊也會影響正回饋振盪電路。 所以, 一定要將晶振和晶片的距離盡可能靠近。

確實高速佈線與 EMI 的要求有很多衝突。但基本原則是因 EMI 所加的電阻電容或 ferrite bead不能造成信號的一些電氣特性不符合規範。 所以,最好先用安排走線和PCB迭層的技巧來解決或減少EMI的問題,如高速信號走內層。最後才用電阻電容或 ferrite bead 的方式, 以降低對信號的傷害。

3.如何解決高速信號的手工佈線和自動佈線之間的矛盾?

現在較強的佈線軟體的自動佈線器大部分都有設定約束條件來控制繞線方式及過孔數目。各家 EDA公司的繞線引擎能力和約束條件的設定專案有時相差甚遠。

例如,是否有足夠的約束條件控制蛇行線蜿蜒的方式,能否控制差分對的走線間距等。 這會影響到自動佈線出來的走線方式是否能符合設計者的想法。

另外,手動調整佈線的難易也與繞線引擎的能力有絕對的關係。 例如,走線的推擠能力,過孔的推擠能力,甚至走線對敷銅的推擠能力等等。 所以,選擇一個繞線引擎能力強的佈線器,才是解決之道。

4.如何避免高頻干擾?

避免高頻干擾的基本思路是儘量降低高頻信號電磁場的干擾,也就是所謂的串擾。可用拉大高速信號和模擬信號之間的距離,或加 ground guard/shunt traces 在模擬信號旁邊。還要注意數字地對模擬地的雜訊干擾。

5.在高速設計中,如何解決信號的完整性問題?
信號完整性基本上是阻抗匹配的問題。而影響阻抗匹配的因素有信號源的架構和輸出阻抗,走線的特性阻抗,負載端的特性,走線的拓樸架構等。解決的方式是靠端接與調整走線的拓樸。

 

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