HDMI 4K视频采集卡的芯片方案中PCB的层数、叠层的相对位置和所选板材都将直接影响信号的质量和EMC指标。单板的层数是电源层、地层和信号层的总合。此外,对于高速板来说,所选用的PCB板材也很重要,必须选择介电常数小的材料,以便提高信号的质量,一般内层可选择介电常数为固定的板材。
1、叠层优化
在实际应用中,应该根据单板的电源、地的种类、信号频率、信号线的密集程度、特殊布线要求的信号线数量、结构要求、成本控制等多种因素来确定单板的层数。层数确定以后,就开始考虑PCB中叠层的排列。一般情况下叠层设计应该遵循以下原则:将电源平面与地平面相邻。
因为电源、地平面对相当于一个电容,该电容将与PCB上的去耦电容一起降低电源平面的阻抗,还能获得较宽的滤波效果。采用多层板设计时,一般应该尽量保证地平面的完整,通常不允许在地平面上走信号线,因为那样会使信号的回流路径变长。
2、减小辐射
为提高信号质量,还需要控制板内信号线的阻抗。单端信号线的阻抗主要与线宽、铜厚、板材介电常数、信号线与参考平面的距离有关,差分信号的阻抗除与上述因素有关外,还与差分对的内部间距有关。阻抗的计算应按照信号的重要程度依次进行计算,首先规划重要信号线所在的叠层,然后在进行阻抗计算。高频、高速、时钟等关键信号必须要有相邻的完整的地平面作参考,以便提供小的环路面积和短的回流路径,从而减小辐射。
PCB设计阶段应做好叠层设计、功能区划分、阻抗控制、时序控制、电源分配网络设计和重要信号隔离等多项工作。此外,还要充分考虑EMC和安规要求,避免后期由于整改EMC或安规问题而带来的大量费用。
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