高频PCB设计

高频PCB设计

数字器件正朝着高速、低耗、小体积、高抗干扰性的方向发展，这一发展趋势对印刷电路板的设计提出了很多新要求。作

者根据多年在硬件设计工作中的经验，总结一些高频布线的技巧，供大家参考。

（1）高频电路往往集成度较高，布线密度大，采用多层板既是布线所必须的，也是降低干扰的有效手段。

（2）高速电路器件管脚间的引线弯折越少越好。高频电路布线的引线最好采用全直线，需要转折，可用45°折线或圆弧

转折，满足这一要求可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。

（3)高频电路器件管脚间的引线越短越好。

（4)高频电路器件管脚间的引线层间交替越少越好。所谓“引线的层间交替越少越好”是指元件连接过程中所用的过孔

（Via）越少越好，据测，一个过孔可带来约0.5 pF的分布电容，减少过孔数能显著提高速度。

（5）高频电路布线要注意信号线近距离平行走线所引入的“交叉干扰”，若无法避免平行分布，可在平行信号线的反面

布置大面积“地”来大幅度减少干扰。同一层内的平行走线几乎无法避免，但是在相邻的两个层，走线的方向务必取为相互垂

直。

（6）对特别重要的信号线或局部单元实施地线包围的措施，即绘制所选对象的外轮廓线。利用此功能，可以自动地对所

选定的重要信号线进行所谓的“包地”处理，当然，把此功能用于时钟等单元局部进行包地处理对高速系统也将非常有益。

（7）各类信号走线不能形成环路，地线也不能形成电流环路。

（8）每个集成电路块的附近应设置一个高频去耦电容。

（9）模拟地线、数字地线等接往公共地线时要用高频扼流环节。在实际装配高频扼流环节时用的往往是中心孔穿有导线的高频铁氧体磁珠，在电路原理图上对它一般不予表达，由此形成的网络表（netlist）就不包含这类元件，布线时就会因此而忽略它的存在。针对此现实，可在原理图中把它当做电感，在PCB元件库中单独为它定义一个元件封装，布线前把它手工移动到靠近公共地线汇合点的合适位置上。

(10)模拟电路与数字电路应分开布置，独立布线后应单点连接电源和地，避免相互干扰。

(11)DSP、片外程序存储器和数据存储器接入电源前，应加滤波电容并使其尽量靠近芯片电源引脚，以滤除电源噪声。另

外，在DSP与片外程序存储器和数据存储器等关键部分周围建议屏蔽，可减少外界干扰。

(12)片外程序存储器和数据存储器应尽量靠近DSP芯片放置，同时要合理布局，使数据线和地址线长短基本保持一致，

尤其当系统中有多片存储器时要考虑时钟线到各存储器的时钟输入距离相等或可以加单独的可编程时钟驱动芯片。对于DSP系

统而言，应选择存取速度与DSP相仿的外部存储器，不然DSP的高速处理能力将不能充分发挥。DSP指令周期为纳秒级，因而DSP

硬件系统中最易出现的问题是高频干扰，因此在制作DSP硬件系统的印制电路板(PCB)时，应特别注意对地址线和数据线等重要

信号线的布线要做到正确合理。布线时尽量使高频线短而粗，且远离易受干扰的信号线，如模拟信号线等。当DSP周围电路较

复杂时，建议将DSP及其时钟电路、复位电路、片外程序存储器、数据存储器制作成最小系统，以减少干扰。

（13）当本着以上原则，熟练设计工具的使用技巧以后，经过手工布线完成后，高频电路为了提高系统的靠性和可生产

性，一般都需要利用高级的PCB仿真软件进行仿真。

限于篇幅本文不对具体的仿真做详细介绍，但给大家的建议是如果有条件一定要对系统做仿真，这里给对几个基本的概念

给大家做一个基本的说明。

什么是电磁干扰（EMI）和电磁兼容性(EMC)?

电磁干扰(Electromagnetic Interference)有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信

号耦合（干扰）到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。在高速PCB及系统设

计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或

本系统内其他子系统的正常工作。

什么是信号完整性(signal integrity)?

信号完整性是指信号在信号线上的质量。信号具有良好的信号完整性是指当在需要的时候，具有所必需达到的电压电平数

值。差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是板级设计中多种因素共同引起的。主要的信号完整性问题包括反射、振

荡、地弹、串扰等。常见信号完整性问题及解决方法见表2。

什么是反射(reflection)?

反射就是在传输线上的回波。信号功率(电压和电流)的一部分传输到线上并达到负载处，但是有一部分被反射了。如果源

端与负载端具有相同的阻抗，反射就不会发生了。

源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射，负载将一部分电压反射回源端。如果负载阻抗小于源阻抗，反射电压为负，反

之，如果负载阻抗大于源阻抗，反射电压为正。布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等

因素的变化均会导致此类反射。

什么是串扰(crosstalk)?

串扰是两条信号线之间的耦合，信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合

电压。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。

什么是过冲(overshoot)和下冲(undershoot)?

过冲就是第一个峰值或谷值超过设定电压——对于上升沿是指最高电压而对于下降沿是指最低电压。下冲是指下一个谷值

或峰值。过分的过冲能够引起保护二极管工作，导致过早地失效。过分的下冲能够引起假的时钟或数据错误(误操作)。

什么是振荡(ringing)和环绕振荡（rounding）?

振荡的现象是反复出现过冲和下冲。信号的振荡和环绕振荡由线上过度的电感和电容引起，振荡属于欠阻尼状态而环绕振