電子工程師必須懂的高頻PCB設(shè)計(jì)、EMI、EMC等設(shè)計(jì)技巧

數(shù)字器件正朝著高速、低耗、小體積、高抗干擾性的方向發(fā)展，這一發(fā)展趨勢(shì)對(duì)印刷電路板的設(shè)計(jì)提出了很多新要求。作者根據(jù)多年在硬件設(shè)計(jì)工作中的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)一些高頻布線(xiàn)的技巧，供大家參考。

  （1）高頻電路往往集成度較高，布線(xiàn)密度大，采用多層板既是布線(xiàn)所必須的，也是降低干擾的有效手段。

（2）高速電路器件管腳間的引線(xiàn)彎折越少越好。高頻電路布線(xiàn)的引線(xiàn)最好采用全直線(xiàn)，需要轉(zhuǎn)折，可用45°折線(xiàn)或圓弧轉(zhuǎn)折，滿(mǎn)足這一要求可以減少高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射和相互間的耦合。

（3)高頻電路器件管腳間的引線(xiàn)越短越好。

（4)高頻電路器件管腳間的引線(xiàn)層間交替越少越好。所謂“引線(xiàn)的層間交替越少越好”是指元件連接過(guò)程中所用的過(guò)孔（Via）越少越好，據(jù)測(cè)，一個(gè)過(guò)孔可帶來(lái)約0.5 pF的分布電容，減少過(guò)孔數(shù)能顯著提高速度。

  （5）高頻電路布線(xiàn)要注意信號(hào)線(xiàn)近距離平行走線(xiàn)所引入的“交叉干擾”，若無(wú)法避免平行分布，可在平行信號(hào)線(xiàn)的反面布置大面積“地”來(lái)大幅度減少干擾。同一層內(nèi)的平行走線(xiàn)幾乎無(wú)法避免，但是在相鄰的兩個(gè)層，走線(xiàn)的方向務(wù)必取為相互垂直。

（6）對(duì)特別重要的信號(hào)線(xiàn)或局部單元實(shí)施地線(xiàn)包圍的措施，即繪制所選對(duì)象的外輪廓線(xiàn)。利用此功能，可以自動(dòng)地對(duì)所選定的重要信號(hào)線(xiàn)進(jìn)行所謂的“包地”處理，當(dāng)然，把此功能用于時(shí)鐘等單元局部進(jìn)行包地處理對(duì)高速系統(tǒng)也將非常有益。

（7）各類(lèi)信號(hào)走線(xiàn)不能形成環(huán)路，地線(xiàn)也不能形成電流環(huán)路。

（8）每個(gè)集成電路塊的附近應(yīng)設(shè)置一個(gè)高頻去耦電容。

（9）模擬地線(xiàn)、數(shù)字地線(xiàn)等接往公共地線(xiàn)時(shí)要用高頻扼流環(huán)節(jié)。在實(shí)際裝配高頻扼流環(huán)節(jié)時(shí)用的往往是中心孔穿有導(dǎo)線(xiàn)的高頻鐵氧體磁珠，在電路原理圖上對(duì)它一般不予表達(dá)，由此形成的網(wǎng)絡(luò)表（netlist）就不包含這類(lèi)元件，布線(xiàn)時(shí)就會(huì)因此而忽略它的存在。針對(duì)此現(xiàn)實(shí)，可在原理圖中把它當(dāng)做電感，在PCB元件庫(kù)中單獨(dú)為它定義一個(gè)元件封裝，布線(xiàn)前把它手工移動(dòng)到靠近公共地線(xiàn)匯合點(diǎn)的合適位置上。

(10)模擬電路與數(shù)字電路應(yīng)分開(kāi)布置，獨(dú)立布線(xiàn)后應(yīng)單點(diǎn)連接電源和地，避免相互干擾。

(11)DSP、片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接入電源前， 應(yīng)加濾波電容并使其盡量靠近芯片電源引腳，以濾除電源噪聲。另外，在DSP與片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等關(guān)鍵部分周?chē)ㄗh屏蔽，可減少外界干擾。

(12)片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器應(yīng)盡量靠近DSP芯片放置， 同時(shí)要合理布局， 使數(shù)據(jù)線(xiàn)和地址線(xiàn)長(zhǎng)短基本保持一致，尤其當(dāng)系統(tǒng)中有多片存儲(chǔ)器時(shí)要考慮時(shí)鐘線(xiàn)到各存儲(chǔ)器的時(shí)鐘輸入距離相等或可以加單獨(dú)的可編程時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)芯片。對(duì)于DSP系統(tǒng)而言，應(yīng)選擇存取速度與DSP相仿的外部存儲(chǔ)器，不然DSP的高速處理能力將不能充分發(fā)揮。DSP指令周期為納秒級(jí)，因而DSP硬件系統(tǒng)中最易出現(xiàn)的問(wèn)題是高頻干擾，因此在制作DSP硬件系統(tǒng)的印制電路板(PCB)時(shí)，應(yīng)特別注意對(duì)地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)等重要信號(hào)線(xiàn)的布線(xiàn)要做到正確合理。布線(xiàn)時(shí)盡量使高頻線(xiàn)短而粗，且遠(yuǎn)離易受干擾的信號(hào)線(xiàn)，如模擬信號(hào)線(xiàn)等。當(dāng)DSP周?chē)娐份^復(fù)雜時(shí)，建議將DSP及其時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、片外程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器制作成最小系統(tǒng)，以減少干擾。

（13）當(dāng)本著以上原則，熟練設(shè)計(jì)工具的使用技巧以后，經(jīng)過(guò)手工布線(xiàn)完成后，高頻電路為了提高系統(tǒng)的靠性和可生產(chǎn)性，一般都需要利用高級(jí)的PCB仿真軟件進(jìn)行仿真。

  限于篇幅本文不對(duì)具體的仿真做詳細(xì)介紹，但給大家的建議是如果有條件一定要對(duì)系統(tǒng)做仿真，這里給對(duì)幾個(gè)基本的概念