PCB設計はどの周波数でトリッキーになりますか？

最高周波数コンポーネントがマイクロコントローラの水晶発振器自体である多くのミックスドシグナルPCBを設計しました。標準のベストプラクティスを理解しています：短いトレース、グランドプレーン、デカップリングキャップ、ガードリング、シールドトレースなど

また、2.4GHzおよび〜6.5GHzの超広帯域で、いくつかのRF回路をまとめました。特性インピーダンス、グランドステッチング、平衡型RF給電線と不平衡型RF給電線、およびインピーダンスマッチングについて理解しています。これらの設計を分析および微調整するために、私は常にRFエンジニアと契約していました。

私が理解していないのは、ある領域が次の領域に移行し始めることです。私の現在のプロジェクトでは、4つのデバイス間で20MHzのSPIバスを共有しているため、この質問に答えることができました。しかし、私は本当に一般的なガイドラインを探しています。

1. トレース長と周波数に関するガイドラインはありますか？〜3インチのトレースは20MHz（15メートル）では問題ないと思いますが、一般的なケースは何ですか？

2. 周波数が高くなるにつれて、長いトレースの放射を防ぐ方法は？ストリップラインと同軸ケーブルを使用する方法はありますか？

3. とにかく、典型的なマイクロコントローラー出力段のRF特性インピーダンスとは何ですか？

4. 等

不足しているものは何でもお気軽に教えてください:)

1. トレース長と周波数に関するガイドラインはありますか？〜3インチのトレースは20MHz（15メートル）では問題ないと思いますが、一般的なケースは何ですか？

私の仕事では、トレースの電気長が1/10波長よりも長い場合、ガイドラインを伝送ラインとして扱う必要があります。これは、少なくとも、ラインのインピーダンスに一致する抵抗器で終端する必要があることを意味します。使用する抵抗値をどのように把握しますか？設計中にインピーダンスがどうなるかを推定し、値を調整してDVT中のリンギングを最小限に抑えます。

さて、1/10波長の真の意味については、ここに微妙な点があります。正弦波の場合、これは簡単です。多くの正弦波の合計である方形波の場合、推定器として最高周波数成分を使用する必要があります。より速いスルーレートで正方形の角をシャープにすると、最速のサインコンピテントの周波数が高くなります。

つまり、デジタル信号の場合、駆動強度はラインの電気長に直接影響します。ドライブ強度が高いと、リンギングのないラインが容易にラインに変わります。

サプライヤーが私たちに何も言わずにデジタルバッファを「改善」したとき、私はこれを難しい方法で学びました。この変更により、スルーレートが増加し、受信チップがラッチアップを開始するほど悪いリングを引き起こしました。何年も正常に機能していた私たちが作成したボードは、突然ランダムにロックアップし始めました。

1. トレース長と周波数-あるICと別のICの間でデータまたは搬送波を送信する場合、ガイドラインはかなり寛容です。かなりの量で生成される可能性のある最大周波数（方形波の場合は複数の高調波まで）が制限要因であり、トレース長が波長の10分の1未満の場合、おそらく必要はありません。ターミネーターで動作します。トレース長がわずかに長い場合でも、数十pFと（たとえば）50オームの直列の組み合わせで終端できます。これにより、ロジックラインを介した直接の50オームターミネーターの問題を回避できます。たとえば、さまざまな回路では、「ルール」がより厳格になります。フォトダイオードアンプの帯域幅は3 GHzで1 GHz（波長= 0です。3 m）、10分の1は30 mmです-フォトダイオードアンプへの入力の完全に壊滅的なトレース長、およびラインのインダクタンスは、動作させようとすると、あらゆる種類の隠れた驚きを引き起こします。そのため、ルールは何をしようとしているかによって変わります。

そこで、ここでは堅牢なデジタル（またはアナログ）伝送、フォトダイオードアンプなどの高感度/微弱回路を区別し、6.5 GHz UWBを例として使用します。 kHzからGHzの範囲でリニアアンプを作成しようとしていた場合、寄生トランジスタ容量と共振するトレース長インダクタンスの問題に遭遇し、時には回路の自励発振を避けるために非常に小さなトラックに抵抗を配置する必要があります。本当に高い周波数（ただし帯域幅が限られている）で達成できるものに私の「ラジオヘッド」を使用すると、DCから数GHzの本当に広い帯域幅ではなく、有利に寄生を利用できます。それはとにかく私にとってパンアウトする傾向がある方法です。

1. バランスの取れたトレースを使用すると、長いトレースの放射を防ぐことができます。2つのEMフィールドがキャンセルされるため、遠方界はゼロになります（適切に行われた場合）。ストリップラインの使用はテクニックであり、それ自体は信号の放射を停止しません。同軸ケーブルはもちろん、バランスの取れたストリップラインも同様です。
2. マイクロ出力インピーダンスは、多くの例で考えるほど適切ではありません-100 MHzで10オームだとすると-出力は50オームのストリップライン（または同軸）を下回り、受信端での終端が適切である、反射最小化されます。大学では、出力をインピーダンス制御する必要があると言っていますが、実際には必要ありません。

あなたは良い質問をしています。多くの点で、これと同じ質問： 50Ωのトレースインピーダンスを持つと考えられる信号の種類は？

ここでは答えを繰り返しませんが、ここで読んでみることをお勧めします。これはあなたをカバーするはずです1）。

2）基準面上を走ってもトレースが放射する心配はありません。代わりに、信号が基準面近くの低インピーダンス領域をいつ出るか心配します。コネクタ、ケーブルなど

3）これを見つけるには、お気に入りのIBISシミュレーターを使用します。そして、それは終了のために重要です。ほとんどは10〜25Rの範囲にありますが、非対称のものもあるため、ハイサイドとローサイドの出力FETで同じインピーダンスが得られない場合があります。

1）トレース長と周波数に関するガイドラインはありますか？〜3インチのトレースは20MHz（15メートル）では問題ないと思いますが、一般的なケースは何ですか？

寸法>最高周波数または高調波の1/10波長。それは、回路が2/10波長で動作を停止するという意味ではありません。回路の感度に依存します。

2）周波数が高くなるにつれて、長いトレースの放射を防ぐ方法は？ストリップラインと同軸ケーブルを使用する方法はありますか？

トレースの放射対象に応じて、さまざまな経験則があります。RF回路は常に放射します。トレース内に存在するのではなく、トレースによってガイドされる信号を想像してください。あるトレース上の信号が十分近い場合、別のトレースにジャンプする可能性があります。ほとんどの人はこのカップリングを呼び出します。結合を最小限に抑えるには、トレースを少なくとも2 *（基準面までの距離）離します。ビアの壁を使用して、2つのトレースを互いに分離することができます。

トレースが回路から放射されて他の場所に移動する量を最小限に抑えるためのいくつかの経験則があります。-すべてのトレースが何かに終端されていることを確認してください。一方の端がオープンエンドの場合、1/4波のトレースはまともなアンテナになります。-不連続性を避けます。トレースを高速道路と考えてください。時速70マイルで90度の旋回をすると、道をたどることができなくなります。高周波信号でも同じことが言えます。

信号が回路から放射される場合は、金属製の筐体に収めるか、吸収することができます。ストリップラインと同軸の両方に、RF信号を含む金属があります。通常、上部に金属層のないボードは、金属製のエンクロージャで覆われています。ボードから金属筐体までの距離は、通常、放射信号を減衰させ、他の奇妙なことが起こらないようにするために、1/2波長より短くします。RF信号を吸収するように設計された素材を購入することもできます。そのため、あちこちで跳ね返ることはありません。

4）など。トレースの厚さやリファレンスまでの距離を変更することでプレイできる楽しいゲームがあります。太い線は事実上短く見えますが、細い線は誘導性に見え、容量性デバイスをキャンセルするために使用できます。