高速 PCB：综合指南

毫无疑问，大多数常规工程项目都使用标准 PCB 设计。此外，传统的 PCB 不能适用于所有情况。因此，如果您要处理高级应用程序，则需要高速 PCB。

但是，设计高速 PCB 可能很棘手。您需要注意信号完整性、反射和串扰等细节。如果您不熟悉这些术语中的任何一个，那么本文适合您。

在本文中，您将了解有关高速 PCB 的所有内容以及设计规则。我们还将它与高频 PCB 进行比较。

那么，让我们开始吧。

什么是高速 PCB？

高速系统

高速 PCB 是使用高速信号在组件之间传输数据的设备。信号沿着电路板的铜迹线传播，直到它们到达目标。另外，信号可以是模拟的也可以是数字的。

但是，高速板和标准板之间只有一点点区别。但首先，您需要知道这一点：我们用来将系统归类为“高速”的是系统的信号边缘速率。所以，如果它很快，那就是高速PCB。因此，系统的信号边沿速率将高速与标准 PCB 区分开来。

我们还将任何具有高信号完整性的 PCB 视为高速 PCB。其他可以帮助您区分高速设计与常规设计的指标是高速 PCB 具有用于无线网络的 RF 前端。

此外，大多数高速设计侧重于互连设计、PCB 叠层设计和布线。所以如果你把前两个方面的事情做好了，第三个方面就不会麻烦了。

高速 PCB 应用

多块PCB

高速 PCB 几乎适用于所有应用。以下是一些支持使用高速 PCB 的应用：

• 您可以在网络通信系统中使用高速 PCB。这里的主要目的是信号完整性验证。
• 高速 PCB 可以创建高速数字测试板。这些板可以测试不同的信号，包括射频信号滚降。
• 高速 PCB 还可以制造出功能强大的消费电子产品，而且产量大、上市时间短。
• 高速 PCB 还可以创建对阻抗控制有很高要求的无线电电路。
• 此外，这些板还适用于需要高速运行的医疗设备。

其他使用高速 PCB 的产品包括：

• 路由器
• 高速数据通道
• 服务器
• 功率放大器
• 存储区域网络
• 收发器模块

高速 PCB 设计规则和挑战

印刷电路板

与其他所有 PCB 设计过程一样，高速 PCB 具有定义其设计方法的规则。在详细研究一些规则的同时，我们还将研究可能的设计挑战。

阻抗

在设计高 PCB 布局时，您需要考虑两个阻抗值。这些阻抗值包括单端阻抗Zo和差分阻抗Zdiff。

这些是并行和串行接口的常见阻抗值。此外，在设计高速 PCB 时坚持正确的阻抗是必不可少的。否则，你的 PCB 走线会有信号反射。

那不是全部。使用错误的阻抗还会导致信号质量下降，工作频率低，产生难以忍受的EMI。

您需要考虑的其他阻抗类型（即使它们很少见）包括：

• 普通 ZCM
• 偶数模式佐伊
• 奇数模式动物园

接地

对于大多数高速 PCB 设计，不可能在一层上跟踪所有接口。因此，您需要借助过孔将走线传输到多个层。但是，有一些特定的规则来管理这个过程。

• 您的设计必须在所有层上都具有相同的 GND 多边形电位，尤其是在信号过孔附近。我们将这些 GND 过孔称为拼接过孔，它们需要尽可能靠近 GND 多边形。此外，遵守此规则将确保所有高速走线具有相同的 GND 参考。

• 在设计过孔时要小心。糟糕的设计会导致电路板上出现阻抗问题。但是，您可以通过确保所有通孔都具有正确的直径来避免这种情况。

• 使用过孔进行高速信号路由可能会很棘手。因此，您必须在过孔之间放置足够的空间以避免高电流密度和过热。

串音

串扰是通过通信轨道传输信号时产生的任何不良影响。这些不需要的影响通常发生在相邻的轨道上，并经常导致信号变化。

此外，串扰通常发生在轨道彼此靠得太近时。在这种情况下，您可以通过在轨道之间留出至少 3W 的空间来减少串扰。

对于差分对，使用 5W 规则来正确间隔轨道。此外，如果您的电路板需要差分对传输周期性信号，我们建议将其与其他差分对保持至少 8W 的距离。

此外，异步信号磁道与高速信号磁道之间应有足够的距离。此外，您可以最大限度地减少多层板布线轨道上垂直于相邻电路板轨道的串扰。

组件位置

PCB与组件

组件位置对于高速 PCB 设计至关重要，在开始设计之前，请计划好放置组件的位置。

理想情况下，您应该为模拟组件（如果有）放置一个单独的 GND 多边形，并使它们远离数字走线和组件。这样，您可以避免 EMI 问题。

此外，高速组件不需要很长的走线。因此，请确保为长度调整留出足够的空间，以免它们靠近干扰源。

此外，您必须避免将高速组件放置在电路板边缘附近。它会对您的信号质量产生不利影响。相反，您可以将此类组件放置在中心位置。

轨迹形状

不同的轨道形状

高速轨道必须有圆滑的拐角。此外，您应该避免使用急转弯。但是，获得最佳轨道形状可能需要相当长的时间。

获得最佳轨道形状并避免阻抗变化的最佳方法是将它们弯曲成 45 度角。

高速 PCB 设计的三大问题

高速 PCB 存在许多问题，如果您不解决这些问题，可能会使电路变得无用。而且，在所有各种问题中，我们列出了您必须避免的三个主要问题。那么让我们仔细看看这三个。

时间

如果您的信号传输不正确，您的电路板就会出现时序问题，尤其是与其他信号相比。时钟控制着所有这些信号，所以如果你的时间很糟糕，你收到的唯一数据就是损坏的数据。

解决方案：您可以通过匹配两个耦合的走线长度来解决此问题。它会将跟踪与您的时钟速率同步，并使它们同时传输。

噪音

噪声是在传输过程中影响信号的任何形式的干扰。每个 PCB 上都有一些噪音，但高噪音水平会导致数据损坏。因此，让它成为您设计中必须避免的问题。

解决方案：在走线之间保持足够的距离，使它们不易受噪声影响。适当的距离也会降低 PCB 的噪音水平。

诚信

如果您的信号在传输后看起来不像它们应有的方式，则它已经损害了完整性。这种情况通常是干扰的结果，干扰会影响信号在传输过程中的完整性。

解决方案：在接收器和发射器之间使用适当的阻抗可以提高信号的完整性和质量。它还会降低您信号的噪声敏感度。

高速PCB设计技巧

PCB设计

以下是您在设计高速 PCB 之前需要掌握的一些技能。

如何使用阻抗控制布线

带蓝色迹线的 PCB

您必须了解如何计算层堆栈和走线宽度。这些计算的结果将为您提供基本阻抗值。错误的阻抗值会对您的信号产生不利影响并导致数据损坏。

循环面积最小化

高速信号很容易受到 EMI/EMC 问题的影响。但是，您可以通过遵循简单的基本规则来减少这些问题的影响。这些规则包括减少环路面积、使用连续接地层和许多缝合过孔以及优化走线返回路径。

高速路由技巧

布线高速走线时需要考虑很多事情。首先，您必须知道如何切割接地层并保持走线短。您还必须屏蔽走线免受干扰和空间数字线路以避免串扰。

使用高级设计软件

设计高速 PCB 需要 CAD 软件中的许多复杂功能。您需要必要的技能来处理这些功能。这样，您就可以避免设计糟糕的高速原理图。

高速 PCB 与高频 PCB

印刷电路板

高速和高频虽然有不同的定义，但它们的板子本质上是一样的。它们都使用正弦波作为调制信号的载体。

但是，有细微的差别。例如，当电压在短时间内增加和减少时，我们使用高速电路。同时，我们使用短路周期短的高频板。

将它们设置为单独的板的差异并没有那么明显。他们甚至使用相同的基础材料。您需要专注于保持信号完整性或电路。

四舍五入

高科技PCB

如果在设计高速 PCB 时不小心，很多事情都会出错。与普通 PCB 不同，开发合适的高速电路原理图需要大量时间和精力。

此外，在进行任何设计之前，您需要特定技能，例如了解如何正确布线和测量阻抗。您还必须注意您的组件放置，以免使制造商的事情变得复杂。

你想制造高速PCB吗？然后联系我们，我们很乐意为您提供最好的建议和服务。