設(shè)計高速印刷電路板的最佳實(shí)踐

設(shè)計高速板是嵌入式應(yīng)用的重要組成部分。如今，印刷電路板（PCB）的設(shè)計方式應(yīng)自動滿足高級解決方案的要求。這就是高速高頻PCB設(shè)計成為硬件工程師重要課題的最大原因.

正確的硬件設(shè)計方法正成為產(chǎn)品設(shè)計服務(wù)能力的必要條件，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品公司定義的項目時間表和成本。在設(shè)計具有PCI Express、SATA和LPDDR4等接口的高速電路板時，如果沒有深入的高速設(shè)計知識和經(jīng)驗，實(shí)現(xiàn)第一個正確的可靠設(shè)計更具挑戰(zhàn)性。

當(dāng)我們談?wù)摳咚匐娐钒逶O(shè)計時，從架構(gòu)設(shè)計開始，在硬件設(shè)計生命周期中有許多領(lǐng)域需要研究，例如組件選擇、接口時序和直流特性分析、原理圖設(shè)計、所需的堆疊設(shè)計、布局設(shè)計、SI 分析、PI 分析等等。為了突出高速設(shè)計實(shí)踐，下面我們詳細(xì)討論了最初的兩個重要步驟：

樓層規(guī)劃策略

平面規(guī)劃是一個可視化圖表，可視化了電路板上所有互連子部分的位置。沒有適當(dāng)布局規(guī)劃的布局布線可能會導(dǎo)致PCB尺寸增加、寄生效應(yīng)、布線擁塞、EMI問題、層疊中層數(shù)要求更多等。通常，幾乎擁有布局規(guī)劃，用于估算PCB尺寸，隔離PCB上的模擬數(shù)字RF子部分，并根據(jù)產(chǎn)品外殼設(shè)計最終確定機(jī)電組件的放置。

高速電路板設(shè)計需要第二級平面規(guī)劃，以避免PCB布局期間的返工以及后期設(shè)計的時間和成本增加。放置互連模塊的良好做法之一是將PCB空間劃分為多個塊，然后根據(jù)驅(qū)動器和接收器或收發(fā)器之間盡可能短的互連來決定互連模塊最適合哪個塊。這將有助于確定PCB堆疊中的布線方向和所需層。

讓我們了解在電路板上優(yōu)化放置的重要參數(shù)：

為高速電路板選擇小型封裝尺寸元件，以減少高速傳輸線路上的阻抗失配和寄生效應(yīng)、電感和電容。請注意，較小的組件包可能存在良率問題。根據(jù)裝配供應(yīng)商的能力咨詢他們來做出決定

從高引腳數(shù)元件和機(jī)電連接器開始放置

將組件分組為邏輯子部分，并按照組件或邏輯子部分放置的示意圖邏輯流程進(jìn)行操作

印刷電路板層堆疊

它是導(dǎo)電層和絕緣層一個接一個的排列，以便在布局設(shè)計之前制作PCB結(jié)構(gòu).PCB堆疊在高速電路板設(shè)計中很重要。定義良好的層疊有助于最大限度地減少EMI輻射并提高PCB的電磁兼容性。此外，它還有助于增強(qiáng)信號完整性、設(shè)計的電源完整性、不受外部噪聲影響，并降低制造成本。

定義電路板層堆疊的三個重要步驟：

確定所需的層數(shù)：信號層取決于信號完整性要求，如低串?dāng)_、低間距元件、高引腳數(shù)元件（如BGA）、固定PCB尺寸等。電源和接地層數(shù)取決于高速設(shè)計中的配電、低 EMI 和信號返回路徑要求，從而降低電源軌中的直流壓降并提高電源完整性。

層疊中的層排列：一旦確定了信號、電源和接地層的數(shù)量，下一步就是按順序排列它們。在層疊安排中，我們需要遵循的一些規(guī)則如下：

電源層和接地層應(yīng)彼此靠近，以獲得良好的規(guī)劃間電容

避免兩個相鄰的信號層。如果不可能，請確保信號層與參考接地層之間的預(yù)浸料厚度較低，兩個信號層之間的芯層厚度較高，如下圖所示

從中心到頂部和底部建立對稱或平衡的堆疊

在堆疊中添加可能的接地層，以減少高速信號的共模輻射

確定材料類型：PCB由四種不同類型的材料組成， 即絲網(wǎng)印刷材料， 阻焊材料， 銅， 和基板.影響高速設(shè)計參數(shù)（如阻抗和信號完整性）的基板材料在大多數(shù)常見應(yīng)用中是FR4。由于快速時鐘速率和數(shù)據(jù)傳輸，高速電路板組件比普通電路板散發(fā)更多的熱量，數(shù)據(jù)傳輸也會傳導(dǎo)到PCB。設(shè)計人員可以選擇中等或高Tg，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，F(xiàn)R4材料，以實(shí)現(xiàn)長期運(yùn)行可靠性。Tg是PCB基板開始變得機(jī)械不穩(wěn)定的溫度。FR4 適用于時鐘速率為 <5GHz 的應(yīng)用。超過5GHz的高速板需要使用其他材料，如Nelco和Megtron。對于56GHz以上的頻率，微波頻率需要Rozer材料用于堆疊

在定義了層堆疊之后， 現(xiàn)在設(shè)計人員應(yīng)該開始讓他們的PCB制造商或合同制造商參與進(jìn)來，根據(jù)材料的可用性， 基板厚度， 和所需的信號阻抗， 獲得實(shí)際可能的堆疊.為了達(dá)到所需的阻抗， PCB制造商在PCB制造過程中調(diào)整堆疊的介電厚度.可以與制造商核實(shí)，并確保在制造過程中驗證的阻抗在單端和差分信號的容差范圍內(nèi)。