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文档 ADI设计峰会——高速和RF设计考虑

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ADI设计峰会——高速和RF设计考虑

ADI设计峰会——高速和RF设计考虑 by ADIForum

实现更高信号处理性能的高级技术

◆ 今日议程

PCB布局概览
原理图
关键元件定位和信号布线
电源旁路
寄生效应、过孔和放置
接地层
布局回顾
总结

◆ 概述

何为高速？

超出此频率，PCB将极大地降低电路性能。(The frequency above which a PCB can significantly degrade circuit performance.) 50MHz及以上可视为高速。

PCB布局是设计流程的最后步骤之一，往往未得到足够的重视。高速电路的性能与电路板布局密切相关。
今天我们将介绍
- 一些实用的布局原则，它们有利于：
- 完善布局流程
- 帮助确保电路的预期性能
- 缩短设计时间
- 降低设计成本

◆ 原理图

良好的布局要以出色的原理图为基础！
原理图基本功能
- 表示实际电路连接
- 生成用于布局的NetList
能更高效吗？
- 能更清楚地表示功能吗？
- 其他人能够理解电路
- 能显示信号路径吗？
- 协助布局
- 协助故障排除、调试
- 表示功能
能更吸引人吗？
- 可增加认知价值
有效的原理图可加快产品上市速度

原理图 – 示例。看上去好点了吗？

原理图 – 一个更复杂的电路

◆ 元器件放置和信号布线

- 就如房地产一样，位置决定一切！
- 电路板上的输入/输出和电源连接一般都是既定的
- 元器件的位置和信号路由需要谨慎考虑、细致规划
板层的使用

板层的挖空

信号布线

位置已优化 – 理想

位置未优化 – 尽量减少交叉

回路路由

示例

- 两个输入。二者确保平衡。
- 增益和反馈。二者确保对称。
- 输出。二者确保对称。
- 电平转换接入信号路径。二者确保对称。
- 辅助功能。
- 关键信号路径尽量短。
- 关键信号路径采用备用路径，保持平衡。

封装和引脚排列选项

封装在高速应用中发挥着重要作用

小型封装
- 更佳的高频响应
- 紧凑的布局
- 更低的封装寄生效应

低失真引脚排列（专用反馈）
- 紧凑的布局
- 流线型信号流
- 更低失真

◆ AD8099谐波失真与频率的关系

CSP和SOIC封装

PCB

典型62mil(1.6mm) 6层PCB层叠

顶部丝印

- 与底部丝印相同
- 印有组装和/或元器件ID信
- 仅提供信息。不影响性能。非必须
- 信息包括文字、线条、形状。
- 若信息放置的位置未经仔细考虑，信息将毫无用处。
- 文字的高度与线条宽的比值应
- 文字的高度与线条宽度的比值应大于12，以便文字可辨认。
- 不要将文字放在过孔、孔洞、接合焊盘位置。
- 接合焊盘之间保持最小距离。
- 各厂商产品质量有所不同，边沿尖利到肮脏都有可能。

PCB材料选择示例
- Isola 类型
常见通用材料。
- 无铅焊接的高温版本
- 高介电常数：4.7-4.2。产生高寄生电容
- 额定值为1 GHz
- 受控阻抗走线一致性尚可，但并非最佳。
Rogers – PTFE类型
- 良好的高频、高温材料
- 低介电常数。2.2及以上。可降低寄生电容
- 成本高
- 良好的阻抗一致性
- 额定值为10 GHz
许多其他厂商。某些厂商性能规格与上述类似。

元器件接合焊盘设计

 ◆接合焊盘尺寸

- 通常比元器件焊盘大30%
- 可使用烙铁
- 可目测检查焊点
- 可接受具有较大定位误差的元器件
- 增加寄生电容 – 降低有效可用频率
- 增加焊锡桥接的可能性
- 需要更多电路板空间

 ◆最低尺寸超标值：比元器件焊盘大0-5%

- 保持机械强度
- 元器件和PCB 之间的接触区域不变
- 降低寄生电容保持更高的可用频率
- 减少所需电路板空间

◆焊盘形状

- 通常为矩形带尖角
- 圆角允许焊盘至走线间隔更紧密。减小电路板尺寸。

信号布线

使用GND和PWR
- 使用“焊盘过孔”法将焊盘与层相连，可最大程度降低寄生效应
将功能模块的元器件尽可能靠近放置
- 手动放置时，0.5 mm的器件间隔便已足够
最大程度减少信号走线上的过孔。越少越好。
- 保证同一个功能模块中的走线位于同一层。
使用隔板电容进行旁路
保持相邻板层之间尽可能靠近
- 避免不必要的过孔穿透板层。
- 避免挖空板层
尽量保持走线笔直
- 尽可能减少转向和转弯

示例

性能与PCB

性能与元器件位置

串扰和耦合

容性串扰或耦合
- 源于上下平行走线，结果形成寄生电容
- 解决办法是垂直走线，减少走线耦合和面积
感性串扰
- 感性串扰源于长距离并行走线之间磁场的交互作用
- 感性串扰分为两类：正向和逆向
- 逆向串扰指离受影响走线上的驱动器最近的噪声
- 正向串扰指离所驱线路上的驱动器最远的噪声
通过以下方式尽量减少串扰
- 增加走线间隔（改进隔离）
- 使用防护走线
- 使用差分信号