PCB设计在什么频率下比较棘手？

我设计了许多混合信号PCB，其中频率最高的组件是微控制器的晶体振荡器本身。我了解标准的最佳做法：短走线，接地层，去耦帽，保护环，屏蔽走线等。

我还整理了一些2.4GHz和〜6.5GHz超宽带的RF电路。我对特性阻抗，接地针脚，平衡与不平衡RF馈线以及阻抗匹配有一定的了解。我一直聘请RF工程师来分析和微调这些设计。

我不了解的是一个领域开始跨入下一个领域。我当前的项目有一个在四个设备之间共享的20MHz SPI总线，这让我想到了这个问题。但是，我真的在寻找一般准则。

1. 关于走线长度与频率是否存在指导原则？我假设在20MHz（15米）的情况下〜3英寸的走线是可以的，但是一般情况是什么？

2. 随着频率增加，如何防止长走线辐射？带状线和同轴电缆走的路吗？

3. 无论如何，典型的微控制器输出级的RF特性阻抗是多少？

4. 等等

请随时告诉我我所缺少的任何东西:)

1. 关于走线长度与频率是否存在指导原则？我假设在20MHz（15米）的情况下〜3英寸的走线是可以的，但是一般情况是什么？

在我的工作中，指导原则是，如果走线的电气长度长于1/10波长，则需要将其视为传输线。至少，这意味着您必须端接与线路阻抗匹配的电阻。您如何找出要使用的电阻值？您可以估计设计期间的阻抗，然后调整该值以最小化DVT期间的振铃。

现在，这里有一些关于1/10波长的真正含义的微妙之处。对于正弦波，这很简单。对于方波，它是许多正弦的总和，您必须使用最高频率分量作为估计量。当您以更快的摆率锐化正方形的角时，会增加最快的正弦曲线的频率。

对于数字信号，这意味着驱动强度直接影响线路的电气长度。更高的驱动强度可以轻松地将一条不响的线变成一条响的线。

当供应商不告诉我们就对数字缓冲器进行“改进”时，我就很难理解这一点。这种变化增加了压摆率，导致振铃非常严重，以致接收芯片开始闩锁。我们生产的一块已经工作了好几年的板突然开始随机锁定。

1. 迹线长度与频率之间的关系-对于在一个IC与另一个IC之间发送数据或载波的准则，我会说相当宽容。可能大量产生的最大频率（对于方波而言可能高达数个谐波）是限制因素，如果走线长度“小于”波长的十分之一，那么您可能不需要使用终结器进行操作。即使走线长度稍长，您也可以终止于几十pF和（例如）50欧姆的串联组合。这避免了直接跨逻辑线的50欧姆终结器的问题。对于不同的电路，“规则”更为严格，例如，光电二极管放大器可能具有1 GHz的3dB带宽（波长= 0。3 m）的十分之一将是30 mm-光电二极管放大器的输入上的走线长度完全是灾难性的，而且线路的电感会在试图使其正常工作时引起各种隐藏的意外。因此，规则会根据您要执行的操作而更改。

因此，在这里我要区分鲁棒的数字（或模拟）传输，光电二极管放大器等敏感/脆弱的电路，并以您的6.5 GHz UWB为例进行说明-它可能已经在几个GHz上进行了广泛的调谐，但是如果您试图制作一个从kHz到GHz范围的线性放大器，会遇到走线长度电感与寄生晶体管电容谐振的问题，并且有时必须将电阻器放置在非常小的轨道中，以避免电路自激。借助我的“射频头”，您可以在非常高的频率（但带宽有限）上实现目标，这意味着您可以利用寄生效应来发挥自己的优势，但不能在从DC到几GHz的非常宽的带宽范围内使用寄生效应。无论如何，这就是这种趋势。

1. 可以使用平衡走线来防止长走线辐射-远场为零，因为两个EM场抵消了（正确完成后）。使用带状线是一种技术，它本身并不能阻止信号的辐射。同轴电缆当然可以，平衡带状线也可以。
2. 在许多示例中，微输出阻抗并不像您想象的那么重要-假设在100 MHz时为10欧姆-您的输出沿50欧姆带状线（或同轴电缆）下降，并且只要接收端的端接足够，反射被最小化。我知道在大学里他们说您的输出需要进行阻抗控制，但实际上并不需要。

您在问一个好问题。在许多方面，与此问题都存在相同的问题： 应考虑哪种类型的信号具有50Ω的走线阻抗？

我不会在这里重复我的答案，但是建议您去那里阅读。这应该涵盖您的1）。

2）如果您在参考平面上运行，请不要担心会散发出痕迹。不用担心信号何时离开参考平面附近的低阻抗区域。连接器，电缆等

3）使用您喜欢的IBIS模拟器找到它。这对于终止很重要。大多数都在10-25R范围内-但您甚至可能会发现一些不对称的，因此高端和低端输出FET不会提供相同的阻抗。

1）是否有关于走线长度与频率的准则？我假设在20MHz（15米）的情况下〜3英寸的走线是可以的，但是一般情况是什么？

尺寸>最高频率或谐波的1/10波长。这并不意味着电路将在2/10波长处停止工作。这取决于电路的灵敏度。

2）随着频率增加，如何防止长走线辐射？带状线和同轴电缆走的路吗？

有不同的经验法则，具体取决于您关注的轨迹会辐射到什么。射频电路将始终辐射。描绘由轨迹引导的信号，该信号不存在于轨迹内。如果一条信号的距离足够近，则它们可能会跳到另一条信号上。大多数人称这种耦合。为了最大程度地减少耦合，将走线分开至少2 *（距参考平面的距离）。可以使用通孔壁来确保两条走线相互隔离。

有一些经验法则可以最大程度地减少走线辐射出电路并走到其他地方的量。-确保所有迹线都终止于某物。如果一端是开放式的，则1/4波迹线可以构成一个体面的天线。-避免间断。将痕迹视为高速公路。如果您以70英里/小时的速度行驶并转弯90度，则您将无法沿着这条路行驶。高频信号也是如此。

如果信号确实从电路辐射出去，则可以将其包含在金属外壳中或吸收掉。带状线和同轴电缆均具有包含射频信号的金属。没有坚固顶部金属层的电路板通常用金属外壳覆盖。从板到金属外壳的距离通常小于1/2波长，以衰减辐射信号并避免发生其他奇怪的事情。您还可以购买旨在吸收RF信号的材料，这样它们就不会在整个地方反弹。

4）等。您可以通过更改轨迹的粗细或到参考的距离来玩一些有趣的游戏。较宽的线实际上看起来更短，但是较窄的线看起来像电感性的，可以用来抵消电容性设备。