10 rad pro návrh vysokorychlostních PCB

Návrh vysokorychlostních PCB je náročný úkol, který se ještě více komplikuje, pokud návrh zahrnuje vysokorychlostní signály. Abychom pomohli konstruktérům PCB, sestavili jsme seznam nejlepších praktik pro směrování vysokorychlostních PCB, které jim pomohou dosáhnout optimálního návrhu.

1. Vedení vysokorychlostních signálů přes souvislou zemnící rovinu

Nejlepší praxí je mít pod signálovými stopami souvislou zemnící rovinu. Ideálně by měla být PCB čtyřvrstvá, kde jedna vrstva bude věnována zcela zemnící rovině. Tento způsob minimalizuje impedanci mezi různými uzemňovacími body na PCB a snižuje možnost vzniku šumu.

2. Žádné kumulativní umístění průchodek

Nesprávně umístěné průchodky mohou vytvářet oblasti se zvýšenou hustotou proudu. Nejlepší metodou je umístit průchodky do mřížky tak, aby ponechaly dostatek prostoru pro průchod napájecí rovinou.

3. Využijte ohybů stopy ve 135° namísto 90° pro návrh vysokorychlostních PCB

Ohyby by měly být co nejmenší. Pokud jsou potřebné, doporučuje se použít ohyby 135° namísto 90°.

4. Zvětšení vzdálenosti mezi stopami pro minimalizaci vzájemného rušení

Mezi sousedními měděnými částmi ve stejném spoji musí být zachována minimální vzdálenost odpovídající čtyřnásobku šířky spoje. Každý segment ohybu by měl být 1,5násobkem šířky spoje. Většina návrhářských softwarů pro PCB kontroluje tyto minimální vzdálenosti, ale i tak si pěčlivě shlédněte vlastní návrh vysokorychlostních PCB.

Mezi stopami by měla být zachována minimální vzdálenost, aby se minimalizovaly přeslechy. Úroveň přeslechů závisí na délce a vzdálenosti mezi dvěma stopami na PCB desce. V některých oblastech dosáhne trasování cest úzkého hrdla, kde jsou stopy blíže, než je žádoucí. V takových situacích by měla být vzdálenost mezi signály mimo úzké hrdlo ihned zvětšena. I když je splněn minimální požadavek, lze rozestupy ještě o něco zvětšit.

5. Implementace topologie namísto dlouhých odboček

Dlouhé odbočky mohou působit jako antény a způsobovat EMC problémy. Stopy se zakázaným inzerováním mohou také vytvářet odrazy, které negativně ovlivňují integritu signálu.

Pokud jsou takové odpory vyžadovány, rada pro návrh vysokorychlostních PCB zní: Veďte signály jako uzavřený cyklus, jak je znázorněno na obrázku.

6. Správné směrování diferenciálních párů

Pro návrh vysokorychlostních PCB platí, že diferenciální signály by měly být udržovány v pevné vzdálenosti a směrovány symetricky.

Tato vzdálenost pomáhá dosáhnout specifikované diferenciální impedance. Návrháři PCB by měl minimalizovat oblast, ve které se zadané mezery zvětšují kvůli položkám komponent.

Konstruktér by neměl mezi diferenciální páry umisťovat žádné součásti ani průchody, a to ani v případě, že jsou signály vedeny symetricky, jak je znázorněno na dalším obrázku. Umístění součástek a průchodů mezi diferenciálními páry by mohlo vést k problémům s EMC a impedančním diskontinuitám.

7. Pro návrh vysokorychlostních PCB používejte symetrických průchodek a spojů

Vzhledem k tomu, že prokovy představují obrovskou diskontinuitu v impedanci, musí být počet prokovů snížen a měl by být umístěn symetricky.

Při směrování diferenciálního páru by měly být obě stopy směrovány na stejné vrstvě, aby byly splněny požadavky na impedanci. Do tras by měl být také zahrnut stejný počet průchodů.

8. Vedení signálů mimo dělící rovinu

Nesprávná zpětná cesta signálu má za následek šumovou vazbu a problémy s EMI. Projektant by měl při směrování signálu vždy myslet na jeho na zpětnou cestu. Napájecí cesty a nízkorychlostní signály využívají nejkratší cestu zpětného proudu, jak je znázorněno na obrázku.

 Ale zpětný proud u vysokorychlostních signálů  by měl vždy sledovat signální cestu.

Signál by neměl být směrován přes dělící rovinu, protože zpětná cesta není schopna sledovat stopu signálu. Pokud rovina rozděluje počáteční a koncové místo signálu, směrujte cestu signálu kolem ní. A také platí,  že pokud jsou dopředná a zpětná cesta signálu odděleny, oblast mezi nimi se chová jako smyčková anténa.

Řešení: Spojovací kondenzátory.

Ty by měly být využity, pokud je třeba signál směrovat přes dvě různé referenční roviny. Spojovací kondenzátor totiž umožňuje průchod zpětného proudu z jedné referenční roviny do druhé.

Designér pro návrh vysokorychlostních PCB by neměl směrovat vysokorychlostní signály na okraj referenčních rovin nebo blízko hranic desky plošných spojů. To může mít nepříznivý vliv na impedanci trasy.

9. Oddělení analogové a digitální země

Pro minimalizaci šumu by analogové a digitální roviny plochy měly být odděleny. Smíšené signálové obvody vyžadují spojení obou rovin v jediném bodě, ideálně blízko hlavního integrovaného obvodu. 

Ve schématech se vždy doporučuje umístit feritové kuličky nebo odpory s nulovým odporem mezi analogovou a digitální sekci. V konstrukci se smíšeným signálem, která má rozdělené roviny, by digitální signál neměl být směrován přes analogovou zemnící plochu a analogový signál by neměl být směrován přes digitální základní rovinu.

10. Přizpůsobení šířky stop velikostem součástek

Pro dosažení optimálního vysokorychlostního výkonu by šířka stopy měla odpovídat velikosti součástky. Návrh vysokorychlostních PCB vyžaduje ideální šířku stopy, která závisí na požadované impedanci. Ke snížení problému s impedančním laděním mezi signální stopou a komponentní podložkou přispěje stejná velikost komponenty.