PCB設計中高頻電路的特殊對策

介紹

隨著現代電子工業的快速發展，數字、高頻電路正向高速、低耗、小體積、高抗干擾方向發展，這對PCB（印刷電路板、印制電路板）提出了更高的要求。 ） 設計。 Protel 99SE設計系統充分利用了Windows XP和Windows 2000平臺的優勢，其核心PCB模塊的超強設計環境使設計工作能夠更有效地實現其設計要求。 對于高頻電路設計者來說，不再是簡單地要求PCB布局率，而是要求設計者基于扎實的理論知識和豐富的PCB設計經驗，從電路工作特性和實際工作環境等方面考慮自己的設計。 只有這樣才能做出理想的PCB。

本文針對PCB設計過程中高頻電路的布局和布線，以Protel 99SE軟件為例，探討PCB設計過程中高頻電路的對策和設計技巧。

一、高頻PCB布局

布局操作在整個PCB設計中非常重要。 布局是布線操作的基礎。 為了實現完美的元件布局，設計者需要從電路工作特性和布線的角度來考慮元件布局。

Protel 99SE具有自動布局功能，它有兩種功能：聚類布局和統計布局。 但不能完全滿足高頻電路的工作要求。 設計者還需要從PCB的可制造性、機械結構、散熱、EMI（電磁干擾）、可靠性、信號完整性等方面綜合考慮布局，只有這樣才能保證PCB的壽命、穩定性、EMC（電磁兼容性）。 PCB得到有效改進，使布局更加完美。

對于高頻電路的布局，設計者應首先考慮那些與結構緊密配合且位置固定的元器件（如電源插座、指示燈、連接器、開關等）的布局，然后再考慮特殊元器件的布局 線上（如加熱元件、變壓器、芯片等），最后是一些小元件的布局。 同時還要考慮布線要求。 高頻元件的放置應盡可能緊湊，使信號線的走線盡可能短，從而盡可能減少信號線的交叉干擾。

1、機械結構

電源插座、指示燈、連接器和開關都是這樣的組件，它們是與機械尺寸相關的定位插件。 一般電源與PCB的接口放置在PCB邊緣，距PCB邊緣的距離一般不小于2mm； 指示LED應按要求準確放置； 開關和一些微調元件，如可調電感和電阻，應放置在靠近PCB邊緣的位置，以便于調節和連接； 需要經常更換的部件必須放置在部件較少的位置，以便于更換。 質量超過15g的元件應使用支架固定，大而重的元件不應直接放置在PCB上。

2、散熱

大功率管、變壓器、整流管等發熱器件在高頻工作時產生較多熱量。 布局時應充分考慮通風、散熱。 此類元件應放置在PCB的邊緣或通風處。 立板的發熱元件應放置在板的上部，雙面板的底層不得放置發熱元件。 大功率整流管、穩壓管應加裝散熱器，并遠離變壓器。 電解電容器等熱敏元件也應遠離發熱器件，否則電解液會干燥，導致其電阻增大、性能變差，影響電路的穩定性。

3、特殊元件布局

由于供電設備內部會產生50Hz漏磁場，當與低頻放大器的某些部件連接時，會對低頻放大器產生干擾。 因此，必須將它們隔離或屏蔽。

各級放大器最好按原理圖排列成一條直線。 這種布置的優點是各級接地電流都會在這一級流動，而不影響其他電路的運行。 輸入級和輸出級應盡可能遠離，以減少它們之間的寄生耦合干擾。 考慮各單元功能電路之間的信號傳輸關系，低頻電路與高頻電路分開，模擬電路與數字電路分開。 集成電路應放置在PCB的中央，以便于各引腳與其他器件之間的布線連接。

電感器、變壓器等器件具有磁耦合，應將它們相互正交放置，以減少磁耦合。 另外，它們都具有較強的磁場，周圍應有適當大的空間或磁屏蔽，以減少對其他電路的影響。

4、電磁干擾

我們常用的消除電磁干擾的方法包括減少環路、濾波、屏蔽、盡量降低高頻器件的速度、提高PCB的介電常數等。

例如，集成電路的去耦電容應盡可能靠近放置。 一般工作頻率在10MHz以下應采用0.1uF電容，工作頻率在10MHz以上應采用0.01uF電容。

如果某些元件或電線之間存在較高的電位差，應增加距離以避免放電。 高壓元件應布置在調試時不易觸及的地方。 容易相互干擾的部件不要靠得太近。 輸入和輸出元件應盡可能遠離，以避免反饋干擾。 為了減少高頻元件的分布參數，通用電路（低頻電路）應規則排列，以利于組裝和焊接。

二、高頻PCB布線

高頻電路往往具有高集成度和高布線密度。 多層板是布線所必需的，也是減少干擾的有效手段。 Protel 99SE的PCB系統可以提供70多個工作層，其中包括32個信號層、16個機械層和阻焊層，供用戶選擇。 合理選擇層數可以大大減小PCB的尺寸，充分利用中間層設置屏蔽，更好地實現就近接地，有效降低寄生電感，有效縮短信號的傳輸長度，大大減少之間的交叉干擾 信號。 這些都有利于高頻電路工作的可靠性。 有數據表明，在使用相同材料的情況下，4層板的噪聲比雙面板低20dB。 但層數越高，制造工藝越復雜，成本也越高。

一般接線原則：

高頻電路器件引腳間的導線越短越好，彎曲越少越好。 電線最好是直的。 應盡量避免急彎和尖角。 如需轉彎，應采用圓弧或折線過渡。 此要求僅用于提高低頻電路中鋼箔的固定強度，而在高頻電路中滿足此要求可減少高頻信號的對外傳輸和相互耦合。 高頻電路布線時，相鄰層最好采取水平和垂直交替布線。