Grundlagen für das High-Speed-PCB-Design: Leiterbahnen kurz und direkt halten

^{Die Signale Ihres High-Speed-PCB-Designs bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit, genau wie die elektromagnetischen Störungen.}

Ich habe nie wirklich an das Prinzip „Weniger ist mehr“ geglaubt, bis ich es einmal selbst bei einem Grillfest mit ein paar Freunden erlebt habe. Ich war der „Grillmeister“, das heißt ich war für das Würzen und Grillen der Steaks verantwortlich. Ich beschloss, einfach nur mit Salz und Pfeffer zu würzen. Als Salzliebhaber dachte ich, dass es nach oben keine Grenzen gäbe. Die Steaks waren dann aber für die meisten meiner Freunde versalzen und damit ungenießbar. Versalzene Steaks hinterlassen einen schlechten Geschmack im Mund; das Gleiche passiert bei dem High-Speed-PCB-Design mit einer Menge langer Leiterbahnen. Lange und gewundene Leiterbahnen auf Ihrer Leiterplatte können die elektromagnetischen Störungen erhöhen und Sie viel Geld kosten. Wenn Sie sich mit kurzen und direkten Leiterbahnen im „Weniger ist mehr“ üben, sorgen Sie dafür, dass niemand Ihre Entwürfe ungenießbar findet.

Lange Leiterbahnen erhöhen das Risiko elektromagnetischer Störungen bei High-Speed-PCB-Designs

Wie Sie wissen, können High-Speed-PCBs oft Probleme mit elektromagnetischen Störungen haben. Das Risiko elektromagnetischer Störungen kann durch lange Leiterbahnen verursacht werden, die wie Sende- oder Empfangsantennen wirken. Längere Leiterbahnen führen auch über größere Distanzen, was die Anfälligkeit empfindlicher Schaltungen erhöht. Kurze und direkte Leiterbahnen reduzieren das Risiko, dass es durch Antennenwirkung und Leiterbahnen in der Nähe zu elektromagnetischen Störungen kommt.

Genauso wenig, wie jemand absichtlich ein Steak versalzt, legt niemand eine Leiterbahn absichtlich so, dass sie als Antenne für elektromagnetische Störungen wirkt. Vielleicht hat ein hochfrequentes Signal die Impedanz eines Kondensators verändert oder ein Rückstrom hat eine unerwartete Schleife in der Massefläche durchlaufen. Was auch immer die Ursache ist, das Verkürzen von Leiterbahnen ist der beste Weg zum Abschwächen von Antennenstrahlung. Antennen können senden oder empfangen, also sollten Leiterbahnen sowohl in „lauten“ als auch in „leisen“ Schaltungen kurz gehalten werden. Eine kleinere Antenne strahlt oder empfängt in jedem Fall weniger als eine größere.

Leiterbahnen sind allerdings nicht die einzigen Elemente auf einer PCB, die elektromagnetische Störungen abstrahlen können. Aussparungen in der Massefläche wirken ebenfalls als Antennen, wenn sie von einer Leiterbahn gekreuzt werden. Legen Sie Leiterbahnen kurz und direkt, aber nicht über den Spalt zwischen zwei Masseflächen.

^{Eine transkontinentale High-Speed-PCB-Leiterbahn wäre definitiv zu lang.}

Lange Leiterbahnen kosten mehr

Je länger die Leiterbahn, umso mehr Geld kostet sie. Weniger Leiterbahn bedeutet mehr Geld für andere Dinge.

PCB-Designer sind immer unter Druck, alles kleiner zu machen. Also werde ich den Druck noch ein wenig erhöhen, mit der Forderung nach kürzeren Leiterbahnen. Nicht nur die Leiterbahn selbst beansprucht Platz – noch mehr Fläche wird für den Abstand zu anderen Leiterbahnen benötigt. Ihre Firmenbuchhalter könnten bereits, salopp gesagt, „sauer“ sein. Überspannen Sie den Bogen also nicht, indem Sie sie für ein übergroßes PCB zahlen lassen.

^{Erlernen Sie die High-Speed-PCB-Design Grundlagen, bevor Sie Leiterbahnen verlegen.}

Wie man Leiterbahnen verkürzt

Der beste Weg zum Verkürzen von High-Speed-Leiterbahnen ist ein sorgfältiges High-Speed-PCB-Design. Platzieren Sie High-Speed-Systeme nah beieinander, und platzieren Sie Empfänger in die Nähe ihrer entsprechenden Treiber

Ein gutes PCB-Layout kann dabei helfen, Probleme zu lösen, bevor sie überhaupt entstehen. Layouts mit nah beieinander liegenden High-Speed-Systemen ermöglichen es Ihnen, Ihr Design mit kurzen Leiterbahnen zu beginnen. Es ist besonders wichtig, den Weg vom Signaltreiber zum Empfänger so kurz wie möglich zu halten, da diese Bahn das meiste „Rauschen“ in ein System einbringen kann. Außerdem reduziert der geringe Abstand der High-Speed-Bauteile die Wirkung jeglicher abgestrahlter elektromagnetischer Störungen auf andere Schaltungen. Schließen Sie die Lücke, bevor Sie die erste Leiterbahn verlegen.

Diese Design-Grundsätze sollten eigentlich selbstverständlich sein, aber ihre Umsetzung kann sich als mühsam erweisen. Glücklicherweise kann Ihre PCB-Design-Software hier helfen. Eine Farbcodierung Ihrer High-Speed-Systeme kann dazu beitragen, den Überblick über Bauteile und Leiterbahnen zu behalten. Software mit guten Funktionen für das Leiterbahn-Routing macht es Ihnen auch einfach, Leiterbahnen auf dem kürzesten Weg zu verlegen oder zu ändern. In Altium Designer gibt es bereits eine Dokumentation, in der die Farbcodierung von Bauteilen und die Anordnung von Leiterbahnen erklärt werden.

Nach dem Fiasko mit dem „Weniger ist mehr“ auf dem Grillfest war ich beim Würzen von Steaks vorsichtiger. Lernen Sie aus meinen Fehlern und wenden Sie das Prinzip „Weniger ist mehr“ bei Ihren High-Speed-PCBs an, bevor lange Leiterbahnen einen schlechten Geschmack in Ihrem Mund hinterlassen.

Haben Sie weitere Fragen zum Design von High-Speed-PCBs? Sprechen Sie mit einem Experten von Altium.