速 PCB 设计具有独特的特性,使其能够处理高速频率信号。 其中一些特性如下:
低Dk和Df介电材料: 介电材料对于高速印刷电路板的信号完整性极为重要。对于高频应用,介电材料需要具有低 Dk(介电常数)和 Df(耗散因数)。较低 Dk 的材料将能够处理较高频率的信号,同时对信号的衰减较小。低 Df 的材料在处理高频信号时不会产生热量。材料的低 Dk 和 Df 对于信号完整性至关重要。Rogers 4000 系列、Isola I-Tera 和 Panasonic Megatron-6 等介电材料是一些流行的高速材料。
差分对走线: 需要高速信号的通信标准通常使用差分对。差分对 PCB 布线是一种设计技术,可创建平衡传输系统以在印刷电路板上传输差分信号。
差分的定义意味着相等且相反。差分对用于高速通信协议,例如以太网、RS-485、HDMI、DDR4 等。大多数差分对信号具有预定义的阻抗,该阻抗严格遵循差分对信号的长度。在 PCB 上,它们很容易通过两个 IC 或端口之间布线的两条隔离平行走线来区分。
阻抗控制走线: 阻抗控制是高速信号的重要组成部分。高频信号具有严格的阻抗公差。高速 PCB 上可以有两种类型的阻抗控制走线,即差分对阻抗控制走线和微带或单阻抗控制走线。
长度匹配的迹线: PCB 上的长度匹配可确保信号走线(尤其是高速信号)具有相同的长度,这主要是为了时间同步。像 GMII 这样的信号有 8 条数据线,在高速下对时间敏感。长度匹配的走线很容易区分,它们通常沿通道布线时带有额外的正弦波状曲线。
特殊层叠层: 高速 PCB 板通常有 4 层或更多层。它们具有处理高速 PCB 所需的特殊堆叠。高速信号需要参考平面或返回路径,这对于高速信号的信号完整性必不可少,这就是为什么使用专用层作为空接地参考平面的原因。 高速印刷电路板至少有一层电源平面,因为高速线路通常不与电源网络布线在同一平面上。高速 PCB 可以有 2 个以上的芯线,以改善绝缘和串扰。高速 PCB 板需要严格的尺寸公差,因为高速轨道的阻抗和轨道宽度取决于层堆叠。
追踪几何: 高速 PCB 板具有独特的走线几何形状。高速走线通常较短且长度均匀。高速信号走线不能有 90 度弯曲角度,弯曲大多以钝角或曲线形成。一些高速信号具有匹配的长度,因此它们可以类似于正弦波。
EMI 保护: 高速 PCB 板容易受到 EMI 或电磁干扰,因此需要采取特殊措施保护高速信号免受 EMI 的影响。高速板上使用通孔缝合或带有接地网络的通孔池。通孔缝合通常与专用接地平面结合使用,以降低 PCB 上的 EMI。在高速通信中,很多时候,接收器和发射器引脚使用弱下拉电阻拉低,当通信通道空闲时,这可以保护 PCB 免受 EMI 的影响。
专用电源输送: 高速印刷电路板具有专用电源层,用于为 PCB 的组件供电。通常,PCB 的内层之一用作专用电源层,放置在接地层旁边。这种做法也有助于降低 EMI。电源通过通孔输送到 IC。请注意,单个 PCB 上可以有多个电源层。IC 的电源由去耦电容器提供,去耦电容器用于过滤来自电网的高频噪声。
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