Elektronisches Design - Diskussion über RF-Layout und einfache Design-Partition

Diskussion über RF-Layout und einfache Design-Partition

Die Bedeutung von Hochfrequenz
HF-Leiterplatte Design wird oft als eine Art "schwarze Kunst" beschrieben, weil es in der Theorie noch viele Unsicherheiten gibt. Allerdings, RF LeiterplattenDesign also has many guidelines that can be followed and rules that should not be ignored. Aber wir wissen, dass die wirklich praktische Technik darin besteht, diese Richtlinien und Regeln zu kompromittieren, wenn sie aufgrund verschiedener Designbeschränkungen nicht korrekt umgesetzt werden können..

Das heutige MobiltelefonDesign integriert alles auf verschiedene Weise zusammen, was dem HF-Leiterplattendesign sehr nachteilig ist. Der Wettbewerb in der Branche ist jetzt hart, und jeder sucht nach einer Möglichkeit, die meisten Funktionen mit der kleinsten Größe und den kleinsten Kosten zu integrieren. Analoge, digitale und HF-Schaltungen sind dicht zusammen gepackt, und der Platz, der zur Trennung ihrer Problembereiche verwendet wird, ist sehr klein, und unter Berücksichtigung des Kostenfaktors wird die Anzahl der Leiterplattenschichten oft minimiert.

HF-Leiterplattendesign
The design of the HF-Leiterplatte ist der schwierigste Teil für Konstrukteure, was Ingenieure erfordert, sorgfältig zu planen und auf Details zu achten.

RF Layout Konzept

Wenn wir im Layout von RF sind, these principles must be prioritized to be satisfied:

Separate the high-power RF amplifier (HPA) from the low-noise amplifier (LNA) as much as possible, und halten Sie die Hochleistungs-HF-Senderschaltung von der Low-Power-HF-Empfängerschaltung fern. Wenn viel Platz auf der Leiterplatte vorhanden ist, das kann leicht gemacht werden, aber in der Regel gibt es viele Komponenten und der PCB-Raum ist klein. Sie können sie auf beiden Seiten der Leiterplatte platzieren, oder sie abwechselnd arbeiten lassen anstatt gleichzeitig zu arbeiten. . High-power circuits sometimes include RF buffers and voltage controlled oscillators (VCO).
Stellen Sie sicher, dass sich mindestens ein ganzes Stück Erde im Hochleistungsbereich der Leiterplatte befindet, vorzugsweise ohne Vias. Natürlich, je mehr Kupfer, die bessere.
Auch die Entkopplung von Chip und Stromversorgung ist äußerst wichtig, und mehrere Möglichkeiten zur Umsetzung dieses Prinzips werden später erörtert.
Der HF-Ausgang muss normalerweise weit vom HF-Eingang entfernt sein, wie wir später im Detail besprechen werden.
Empfindliche analoge Signale sollten so weit wie möglich von digitalen Hochgeschwindigkeitssignalen und HF-Signalen entfernt sein.
Design partition
The design partition consists of a physical partition and an electrical partition. Physische Partitionierung beinhaltet hauptsächlich Probleme wie Komponentenlayout, Ausrichtung, und Abschirmung; Elektrische Trennung kann weiterhin in Trennwände für die Energieverteilung zerlegt werden, HF-Routing, empfindliche Schaltungen und Signale, und Erdung.

Physical partition
Component layout is the key to achieving a good RF design. Die effektivste Technik besteht darin, zuerst die Komponenten auf dem HF-Pfad zu fixieren und ihre Ausrichtung anzupassen, um die Länge des HF-Pfades zu minimieren, Halten Sie den Eingang vom Ausgang fern, und soweit möglich Erdtrennung von Hochleistungs- und Niedrigstromkreisen.
The most effective circuit board stacking method is to arrange the main ground plane (main ground) on the second layer below the surface layer, und leiten die HF-Linien so weit wie möglich auf der Oberflächenschicht. Die Minimierung der Größe der Durchkontaktierungen auf dem HF-Pfad kann nicht nur die Pfadinduktivität reduzieren, Reduzieren Sie aber auch die virtuellen Lötstellen auf dem Hauptgrund und verringern Sie die Wahrscheinlichkeit, dass HF-Energie an andere Bereiche im Laminat ausläuft.

Im physischen Raum, Lineare Schaltungen wie mehrstufige Verstärker sind in der Regel ausreichend, um mehrere HF-Zonen voneinander zu isolieren, aber Duplexer, Mischer, und Zwischenfrequenzverstärker/Mischer haben immer mehrere HF/Investmentfonds. Die Signale stören sich gegenseitig, Daher muss darauf geachtet werden, diesen Effekt zu minimieren. Die HF- und IF-Spuren sollten so weit wie möglich gekreuzt werden, und ein Boden sollte so weit wie möglich dazwischen gelegt werden. Der richtige HF-Pfad ist sehr wichtig für die Leistung der gesamten Leiterplatte, Deshalb macht das Bauteillayout normalerweise die meiste Zeit im Mobiltelefon aus Leiterplatte design.

Trotz der oben genannten Probleme, Metallschirme sind sehr effektiv und oft die einzige Lösung zur Isolierung kritischer Schaltkreise.
Darüber hinaus, Eine ordnungsgemäße und effektive Entkopplung der Chipleistung ist ebenfalls sehr wichtig. Viele HF-Chips mit integrierten linearen Schaltungen sind sehr empfindlich gegenüber Leistungsrauschen. Normalerweise, Jeder Chip muss bis zu vier Kondensatoren und eine Isolationsinduktivität verwenden, um sicherzustellen, dass alle Leistungsrauschen herausgefiltert werden.

Der minimale Kapazitätswert hängt normalerweise von seiner Selbstresonanzfrequenz und der niedrigen Pin-Induktivität ab, und der Wert von C4 wird entsprechend gewählt. Die Werte von C3 und C2 sind aufgrund ihrer eigenen Pin-Induktivität relativ groß, so dass der HF-Entkopplungseffekt schlechter ist, aber sie sind besser geeignet, niederfrequente Rauschsignale zu filtern. Die Induktivität L1 verhindert, dass sich das HF-Signal von der Stromleitung in den Chip koppelt. Denken Sie daran: Alle Spuren sind eine potenzielle Antenne, die HF-Signale empfangen und übertragen kann, und es ist auch notwendig, die induzierten HF-Signale von den kritischen Leitungen zu isolieren.

Denken Sie daran, dass Induktivitäten selten parallel nebeneinander liegen, da dies einen Luft-Kern-Transformator bildet und Interferenzsignale miteinander induziert. Der Abstand zwischen ihnen muss mindestens die Höhe einer der Vorrichtungen sein, oder sie müssen rechtwinklig angeordnet sein, um ihre gegenseitige Induktivität auf das kleinste zu reduzieren.

Electrical partition
The principle of electrical zoning is roughly the same as that of physical zoning, aber es enthält auch einige andere Faktoren. Einige Teile moderner Mobiltelefone verwenden unterschiedliche Betriebsspannungen und werden durch Software gesteuert, um die Batterielebensdauer zu verlängern. Dies bedeutet, dass Mobiltelefone mehrere Stromquellen betreiben müssen, und das bringt mehr Probleme in die Isolation. Die Stromversorgung erfolgt normalerweise über den Stecker, und wird sofort entkoppelt, um Geräusche von der Außenseite der Leiterplatte herauszufiltern, und dann nach Durchgang durch eine Reihe von Schaltern oder Reglern verteilt.

Der Gleichstrom der meisten Schaltungen in Mobiltelefonen ist recht klein, so dass die Leiterbahnbreite normalerweise kein Problem ist. Allerdings muss für die Stromversorgung des Hochleistungsverstärkers eine möglichst große Stromleitung separat verlegt werden, um den Übertragungsspannungsabfall zu minimieren. Um zu hohe Stromverluste zu vermeiden, werden mehrere Durchkontaktierungen benötigt, um Strom von einer Schicht auf eine andere zu übertragen. Wenn es am Netzteil-Pin des Hochleistungsverstärkers nicht ausreichend entkoppelt werden kann, strahlt Hochleistungsrauschen auf die gesamte Platine aus und verursacht verschiedene Probleme. Die Erdung von Hochleistungsverstärkern ist entscheidend, und es ist oft notwendig, einen Metallschild dafür zu entwerfen.

In den meisten Fällen ist es auch wichtig sicherzustellen, dass der HF-Ausgang weit vom HF-Eingang entfernt ist. Dies gilt auch für Verstärker, Puffer und Filter. Im schlimmsten Fall, wenn der Ausgang des Verstärkers und Puffers mit entsprechender Phase und Amplitude an ihren Eingang zurückgespeist wird, können sie Selbstoszillation haben. Im besten Fall können sie unter allen Temperatur- und Spannungsbedingungen stabil arbeiten. Tatsächlich können sie instabil werden und Rauschen und Intermodulationssignale zum HF-Signal hinzufügen.

Kurz gesagt, auf jeder Schicht der Leiterplatte, möglichst viele Baugründe sollten verlegt und mit dem Hauptgrund verbunden werden. Platzieren Sie die Leiterbahnen so nah wie möglich zusammen, um die Anzahl der Diagramme der internen Signalschicht und der Stromverteilungsschicht zu erhöhen, und passen Sie die Leiterbahnen entsprechend an, so dass Sie die Masseverbindungen zu den isolierten Plots auf der Oberfläche anordnen können. Freie Masse sollte auf den verschiedenen Schichten der Leiterplatte vermieden werden, da sie Rauschen aufnehmen oder injizieren können wie eine kleine Antenne. In den meisten Fällen, wenn man sie nicht mit dem Festland verbinden kann, Dann solltest du sie besser entfernen..