Precauciones para colocar líneas de señal de alta frecuencia y alta velocidad en el lateral de la placa PCB

A menudo vemos algunos principios de diseño sobre señales de alta frecuencia y alta velocidad en los libros de texto o en la Guía de diseño de PCB original. Esto incluye evitar las líneas de señal de alta velocidad en los bordes de las placas de circuitos de PCB. Para el diseño de antenas de PCB en placa También se recomienda colocar la antena lo más cerca posible del borde de la placa. ¿Cuál es la ciencia detrás de esto?

 

Ya sabíamos en el nivel de secundaria que en la regla de la mano derecha del amperio, la corriente de un cable se propaga a lo largo de la dirección del pulgar, y se genera un campo magnético correspondiente en el cable. La dirección del campo magnético es la misma que la dirección del puño del dedo derecho, y la carga cargada en el conductor generará Campo eléctrico, campo eléctrico y campo magnético son un buen par de amigos base, colectivamente llamados campo electromagnético.

 

Según la teoría del campo electromagnético de Maxwell, un campo eléctrico cambiante genera un campo magnético cambiante en su espacio circundante, y un campo magnético cambiante genera un campo eléctrico cambiante. De esta manera, el campo eléctrico cambiante y el campo magnético cambiante son mutuamente dependientes, excitados mutuamente y generados alternativamente, y se propagan fuera del espacio a cierta velocidad desde cerca y lejos, que es radiación electromagnética. Esto tiene dos efectos diametralmente opuestos: en el lado positivo, todas las comunicaciones de RF, las interconexiones inalámbricas y las aplicaciones inductivas se benefician de los beneficios de la radiación electromagnética. En el lado negativo, la radiación electromagnética causa diafonía y compatibilidad electromagnética. Aspectos

 

Cuando la frecuencia de las ondas electromagnéticas es baja, se transmite principalmente por conductores eléctricos tangibles; cuando la frecuencia aumenta gradualmente, las ondas electromagnéticas se derramarán del conductor y pueden transferir energía sin un medio, que es un tipo de radiación. En oscilaciones eléctricas de baja frecuencia, el cambio mutuo entre la magnetoelectricidad es relativamente lento, y casi toda su energía se devuelve al circuito original sin irradiarlo. Sin embargo, en oscilaciones eléctricas de alta frecuencia, la magnetoelectricidad cambia muy rápidamente, y la energía no puede volver al circuito oscilante original, por lo que la energía eléctrica y la energía magnética se propagan al espacio en forma de ondas electromagnéticas con los cambios periódicos de la electricidad y la energía magnética. campos.

 

Según la teoría anterior, cada sección de corriente de alta frecuencia que fluye a través del cable tendrá radiación electromagnética, y la intensidad de la radiación es proporcional a la frecuencia. Algunos cables en la PCB se utilizan para la transmisión de señales, como las señales de reloj DDR, las líneas de transmisión de señales diferenciales LVDS, etc., no desean tener demasiada radiación electromagnética para perder energía y causar interferencia a otros circuitos del sistema; y algunos cables se usan como antenas, como la antena PCB, se espera que pueda convertir la energía en ondas electromagnéticas tanto como sea posible y emitirlas.

 

Para líneas de transmisión de señal de alta velocidad en PCB (como: señales de reloj DDR, líneas de transmisión diferencial de alta velocidad HDMI LVDS), siempre queremos minimizar la radiación generada durante la transmisión de señal y los métodos para reducir la radiación electromagnética generada por la transmisión de señal las líneas han sido resumidas por albañiles. Hay algunos principios de diseño. Si desea reducir la EMI de una línea de transmisión de señal, intente hacer que la distancia entre la línea de transmisión de señal y el plano de referencia que forma la ruta de retorno de señal sea lo más cercana posible. Si la relación del ancho W de la línea de transmisión a la distancia H del plano de referencia es inferior a 1: 3, puede reducir significativamente la intensidad de la radiación externa de la línea de transmisión de microstrip.

 

Para una línea de transmisión de microstrip, un plano de referencia amplio y completo también puede reducir la intensidad de radiación externa del campo eléctrico. El plano de referencia correspondiente a la línea de transmisión de microstrip debe ser al menos tres veces el ancho de la línea de transmisión, y cuanto más ancho sea el plano de referencia, mejor.

 

Si el ancho del plano de referencia no es lo suficientemente grande en comparación con la línea de transmisión micro-única, el acoplamiento entre el campo eléctrico y el plano de referencia es pequeño, y la radiación externa del campo eléctrico aumenta significativamente.

 

Por lo tanto, si desea reducir la radiación electromagnética de la línea de transmisión de microcinta, debe hacer que el plano de referencia de la línea de transmisión de microcinta sea lo más grande posible, y si la línea de transmisión de microcinta de alta velocidad es paralela al lado de la placa PCB, relativamente El acoplamiento del plano de referencia a la línea de señal de alta velocidad se reduce y, naturalmente, la radiación externa del campo eléctrico aumenta significativamente.

 

Del mismo modo, los circuitos integrados de alta velocidad, los osciladores de cristal, etc. deben colocarse lo más lejos posible del borde de la placa. El CI de alta velocidad también necesita un plano de referencia amplio y completo para el acoplamiento electromagnético para reducir la EMI.

 

Para las antenas a bordo, queremos irradiar tantas ondas electromagnéticas en el espacio como sea posible, por lo que el diseño de la antena a bordo es contrario al principio de diseño de las líneas de transmisión de alta velocidad. La antena a bordo debe colocarse cerca del tablero, y se ubica el área de la antena. Para prohibir los planos de láminas de cobre, sí, todas las capas deben tener áreas prohibidas con láminas de cobre. Y la antena debe estar separada del plano de tierra de la PCB.

 

La misma teoría, hay diferentes principios de diseño para diferentes diseños de aplicaciones.