PCB设计中高频电路的特殊对策

PCB设计中高频电路的特殊对策

介绍

随着现代电子工业的快速发展，数字、高频电路正向高速、低耗、小体积、高抗干扰方向发展，这对PCB（印刷电路板、印制电路板）提出了更高的要求。 ） 设计。 Protel 99SE设计系统充分利用了Windows XP和Windows 2000平台的优势，其核心PCB模块的超强设计环境使设计工作能够更有效地实现其设计要求。 对于高频电路设计者来说，不再是简单地要求PCB布局率，而是要求设计者基于扎实的理论知识和丰富的PCB设计经验，从电路工作特性和实际工作环境等方面考虑自己的设计。 只有这样才能做出理想的PCB。

本文针对PCB设计过程中高频电路的布局和布线，以Protel 99SE软件为例，探讨PCB设计过程中高频电路的对策和设计技巧。

一、高频PCB布局

布局操作在整个PCB设计中非常重要。 布局是布线操作的基础。 为了实现完美的元件布局，设计者需要从电路工作特性和布线的角度来考虑元件布局。

Protel 99SE具有自动布局功能，它有两种功能：聚类布局和统计布局。 但不能完全满足高频电路的工作要求。 设计者还需要从PCB的可制造性、机械结构、散热、EMI（电磁干扰）、可靠性、信号完整性等方面综合考虑布局，只有这样才能保证PCB的寿命、稳定性、EMC（电磁兼容性）。 PCB得到有效改进，使布局更加完美。

对于高频电路的布局，设计者应首先考虑那些与结构紧密配合且位置固定的元器件（如电源插座、指示灯、连接器、开关等）的布局，然后再考虑特殊元器件的布局 线上（如加热元件、变压器、芯片等），最后是一些小元件的布局。 同时还要考虑布线要求。 高频元件的放置应尽可能紧凑，使信号线的走线尽可能短，从而尽可能减少信号线的交叉干扰。

1、机械结构

电源插座、指示灯、连接器和开关都是这样的组件，它们是与机械尺寸相关的定位插件。 一般电源与PCB的接口放置在PCB边缘，距PCB边缘的距离一般不小于2mm； 指示LED应按要求准确放置； 开关和一些微调元件，如可调电感和电阻，应放置在靠近PCB边缘的位置，以便于调节和连接； 需要经常更换的部件必须放置在部件较少的位置，以便于更换。 质量超过15g的元件应使用支架固定，大而重的元件不应直接放置在PCB上。

2、散热

大功率管、变压器、整流管等发热器件在高频工作时产生较多热量。 布局时应充分考虑通风、散热。 此类元件应放置在PCB的边缘或通风处。 立板的发热元件应放置在板的上部，双面板的底层不得放置发热元件。 大功率整流管、稳压管应加装散热器，并远离变压器。 电解电容器等热敏元件也应远离发热器件，否则电解液会干燥，导致其电阻增大、性能变差，影响电路的稳定性。

3、特殊元件布局

由于供电设备内部会产生50Hz漏磁场，当与低频放大器的某些部件连接时，会对低频放大器产生干扰。 因此，必须将它们隔离或屏蔽。

各级放大器最好按原理图排列成一条直线。 这种布置的优点是各级接地电流都会在这一级流动，而不影响其他电路的运行。 输入级和输出级应尽可能远离，以减少它们之间的寄生耦合干扰。 考虑各单元功能电路之间的信号传输关系，低频电路与高频电路分开，模拟电路与数字电路分开。 集成电路应放置在PCB的中央，以便于各引脚与其他器件之间的布线连接。

电感器、变压器等器件具有磁耦合，应将它们相互正交放置，以减少磁耦合。 另外，它们都具有较强的磁场，周围应有适当大的空间或磁屏蔽，以减少对其他电路的影响。

4、电磁干扰

我们常用的消除电磁干扰的方法包括减少环路、滤波、屏蔽、尽量降低高频器件的速度、提高PCB的介电常数等。

例如，集成电路的去耦电容应尽可能靠近放置。 一般工作频率在10MHz以下应采用0.1uF电容，工作频率在10MHz以上应采用0.01uF电容。

如果某些元件或电线之间存在较高的电位差，应增加距离以避免放电。 高压元件应布置在调试时不易触及的地方。 容易相互干扰的部件不要靠得太近。 输入和输出元件应尽可能远离，以避免反馈干扰。 为了减少高频元件的分布参数，通用电路（低频电路）应规则排列，以利于组装和焊接。

二、高频PCB布线

高频电路往往具有高集成度和高布线密度。 多层板是布线所必需的，也是减少干扰的有效手段。 Protel 99SE的PCB系统可以提供70多个工作层，其中包括32个信号层、16个机械层和阻焊层，供用户选择。 合理选择层数可以大大减小PCB的尺寸，充分利用中间层设置屏蔽，更好地实现就近接地，有效降低寄生电感，有效缩短信号的传输长度，大大减少之间的交叉干扰 信号。 这些都有利于高频电路工作的可靠性。 有数据表明，在使用相同材料的情况下，4层板的噪声比双面板低20dB。 但层数越高，制造工艺越复杂，成本也越高。

一般接线原则：

高频电路器件引脚间的导线越短越好，弯曲越少越好。 电线最好是直的。 应尽量避免急弯和尖角。 如需转弯，应采用圆弧或折线过渡。 此要求仅用于提高低频电路中钢箔的固定强度，而在高频电路中满足此要求可减少高频信号的对外传输和相互耦合。 高频电路布线时，相邻层最好采取水平和垂直交替布线。