优化高频PCB设计布局

2022年4月18日

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高频pcb和高速pcb有什么区别吗?
高频PCB设计的主要挑战。
用于优化高频PCB设计布局的设计指南。

噪声是高频PCB设计的祸害

虽然噪音通常与突兀声音的音量有关，但噪音可能存在于远远超出我们听觉范围的频率上，最高可达20千赫。事实上，大多数电子设计师和开发人员认为是噪音的东西只能在示波器或类似的设备上看到，而不能听到。无论是听到还是看到，我们通常所说的噪音都有同样的效果:它是侵入性的。

对于依赖数据和信息保真度来正常工作的电子系统来说，噪声或电磁干扰(EMI)是电子电路板上和电路板之间中断的主要来源。并且，对于高速和高频PCB的设计，很多的指导原则严格包括减少或消除板上EMI和/或在操作环境中实现最佳电磁兼容性(EMC)。

高频pcb vs.高速pcb

频率和速度通常是同义词。让我们来澄清一下这两个术语的定义:

高速PCB:速度是一个时域术语，高速PCB通常用于描述传输、接收和/或处理具有快速或高传输数据或比特率的数字信号的电路板。

高频PCB:在频域中，信号用它们完成一个周期或周期所需的时间来描述。高频pcb通常是指传播模拟信号或射频信号具有高频的电路板。

与模拟信号相比，数字信号并不一定具有一致的重复周期。然而，模拟信号频率(s-1或hz)和数字信号速度(比特/秒或字节/秒)都是相对于时间测量的。

高频或高速对于电子电路板的意义是一样的。也就是说，“高”意味着棋盘上的信号以这样的速率变化信号的完整性可显著影响阻抗和其他板参数。但是，到底多高才算高呢?对于射频信号，可以在大约50 MHz以上的频率观察到有影响的信号完整性效应，并一直延伸到微波范围。对于数字信号，答案就没那么简单了。

pcba可以根据最快信号下降的速度域进行分类。有三个这样的域，如下所示。

速度域

如上所示，如果信号的跃迁时间在路径长度的¼之内，则该电路板被归类为慢板，频率或速度不会显著影响电路板的性能或信号完整性。对于快速板，可能会有一些影响由于频率。然而，这可以通过缩短路径长度来缓解。对于高速和高频PCB设计，有一些必须解决的挑战。

高频PCB设计的挑战

设计高频pcba与设计大多数其他电路板类似IPC标准旨在确保可靠性和可制造性应遵循。然而，为了确保董事会绩效标准得到满足，高频董事会还存在一些额外的问题，下面列出了其中一些。

辐射
高频和高速板通常包括组件辐射电磁干扰发射．这些设备，如无线发射机、转换器和电源，会产生板载电磁干扰，并扭曲单板所在环境的EMC。
吸收
与发射EMI相反，您的电路板可能容易吸收来自附近电路板或设备的辐射，从而影响电路板的性能。
信号退化
一个主要的考虑因素是限制信号退化，当差分对不匹配、传输线过长、没有必要的屏蔽或其他原因时，就会发生信号退化。
反射
信号完整性差的另一个原因是缺乏阻抗匹配，这可能导致过多的思考信号返回信号源，而不是传输出去。
耦合
耦合当两个导体靠近时发生。显然，这会对信号传播产生负面影响;因此，间距是PCB布局设计的一个非常重要的参数。
寄生电容
电路板上不必要耦合的主要来源之一是由于寄生电容．虽然这种虚拟反应成分不能完全消除，但其影响可以最小化。
谐波失真
信号完整性问题的一个常见来源是谐波失真．频移是阻碍TX/RX系统的表现之一。
共模噪声
对于带有电源和/或转换电路的电路板，共模噪声这可能是一个问题。通常，这是由于终端之间存在杂散电容。
表面跟踪|
对于高电压和/或电流的pcba，表面跟踪(通过退化绝缘产生电流路径)可能会成为一个问题。跟踪可能是危险的，并导致烧毁部件甚至火灾。

上面的清单并不详尽;然而，它确实清楚地表明，必须小心高频PCB设计。

为您的高频板创建最佳布局

回顾上一节中的注意事项，应该清楚地看到，创建最佳的高频PCB设计布局需要在设计过程的几乎所有方面做出良好的决策。这包括组件放置、间距和间隙、布线、堆叠、接地和材料选择。这可以通过采用下面描述的简单的三步范式来实现。