Mikrowellen-Technik - Bei der Entwicklung von Hochfrequenz-Leiterplatten zu beachtende Aspekte

Im Hochfrequenz-PCB-Design,Ingenieure müssen vier Aspekte der Störung berücksichtigen: Stromversorgungsgeräusche, Störung der Übertragungsleitung, Kupplung, electromagnetic interference (EMI).

1.Stromversorgungsgeräusche

In der Hochfrequenz-Leiterplatte,Das Rauschen der Stromversorgung hat einen offensichtlichen Einfluss auf das Hochfrequenzsignal.Daher,Die erste Anforderung an das Netzteil ist geräuscharm. Ein sauberer Boden ist genauso wichtig wie eine saubere Stromversorgung.Das Netzteil hat eine bestimmte Impedanz,und die Impedanz wird über die Stromversorgung verteilt. Daher, Das Geräusch wird auch auf das Netzteil überlagert. Dann sollten wir die Impedanz der Stromversorgung minimieren,So ist es am besten,eine dedizierte Stromversorgungsschicht und Erdungsschicht zu haben.Im HF-Schaltungsdesign,Es ist in den meisten Fällen viel besser, das Netzteil als Schicht zu gestalten als als Bus,so dass die Schleife immer dem Pfad der minimalen Impedanz folgen kann.Darüber hinaus,Die Leistungsplatine muss eine Signalschleife für alle erzeugten und empfangenen Signale auf dem PCB.Dies minimiert die Signalschleife und reduziert somit Rauschen,was von Niederfrequenzschaltungsdesignern oft übersehen wird.

Es gibt mehrere Möglichkeiten für Stromrauschen beim Leiterplattendesign:

1.Achten Sie auf das Durchgangsloch auf der Platte: Das Durchgangsloch lässt die Stromversorgungsschicht die Öffnung ätzen, um Platz für das Durchgangsloch durch zu lassen. Wenn die Öffnung der Stromversorgungsschicht zu groß ist, ist sie verpflichtet, die Signalschleife zu beeinflussen, das Signal wird gezwungen, zu umgehen, der Schleifenbereich nimmt zu und das Rauschen nimmt zu. Wenn mehrere Signalleitungen in der Nähe der Öffnung gruppiert sind und dieselbe Schleife teilen, verursacht die gemeinsame Impedanz Übersprechen.

2.Die Verbindungsleitung benötigt genügend Masse: Jedes Signal muss seine proprietäre Signalschleife haben, und der Schleifenbereich des Signals und der Schleife ist so klein wie möglich, das heißt, das Signal und die Schleife sollten parallel sein.

3.Analoge und digitale Stromversorgung zu trennen: Hochfrequenzgeräte sind im Allgemeinen sehr empfindlich auf digitales Rauschen, so dass die beiden getrennt werden sollten, am Eingang der Stromversorgung angeschlossen werden, wenn das Signal über die analogen und digitalen Teile der Wörter, können Sie eine Schleife über das Signal platzieren, um den Schleifenbereich zu reduzieren. Die für die Signalschleife verwendete digital-analoge Spannweite ist in Abbildung 3 dargestellt.

4.Vermeiden Sie Überschneidungen von separaten Netzteilen zwischen verschiedenen Schichten: Andernfalls kann Schaltungsrausch leicht durch parasitäre kapazitive Kopplung passieren.

5.Isolierung von empfindlichen Komponenten: wie PLL.

6.Platzieren Sie die Stromleitung:um die Signalschleife zu reduzieren, legen Sie die Stromleitung an den Rand der Signalleitung, um das Rauschen zu reduzieren.

2.Übertragungsleitung

Es gibt nur zwei Übertragungsleitungen in PCB: Flachbandleitung und Mikrowellenleitung.Das größte Problem der Übertragungsleitung ist die Reflexion, die viele Probleme verursachen wird. Zum Beispiel wird das Lastsignal die Überlagerung des Originalsignals und des Echosignals sein,was die Schwierigkeit der Signalanalyse erhöht. Reflexion verursacht Rücklaufverluste (Rücklaufverluste), die das Signal genauso stark beeinträchtigen wie additive Rauschstörungen:

(1) Das zur Signalquelle reflektierte Signal erhöht das Rauschen des Systems,wodurch es für den Empfänger schwieriger wird, Rauschen vom Signal zu unterscheiden;

(2) Jedes reflektierte Signal verringert die Signalqualität, ändert die Form des Eingangssignals.Im Allgemeinen ist die Lösung hauptsächlich Impedanzanpassung (zum Beispiel sollte die Impedanz der Verbindung sehr mit der Impedanz des Systems übereinstimmen), aber manchmal ist die Impedanzberechnung schwieriger, Sie können sich auf einige Übertragungsleitungsimpedanzberechnungssoftware beziehen.

Die Methoden zur Eliminierung von Übertragungsleitungsstörungen beim Leiterplattendesign sind wie folgt:

(a) Vermeiden Sie Impedanzkonstinuität von Übertragungsleitungen. Der Punkt der diskontinuierlichen Impedanz ist der Punkt der Übertragungsleitungsmutation, wie eine gerade Ecke, Durchgangsloch usw., sollte so weit wie möglich vermieden werden. Methoden: Um gerade Ecken der Linie zu vermeiden, so weit wie möglich 45° Winkel oder Bogen zu gehen, kann großer Winkel auch sein; Verwenden Sie so wenig Durchgangslöcher wie möglich, da jedes Durchgangsloch eine Impedanzkonstinuität ist und das äußere Signal vermeidet, durch die innere Schicht zu gehen und umgekehrt.

(b) Verwenden Sie keine Einsatzlinien. Denn jede Pfahllinie ist eine Quelle des Lärms. Wenn die Pfahlleitung kurz ist, kann sie am Ende der Übertragungsleitung angeschlossen werden; Wenn die Pfahlleitung lang ist, nimmt sie die Hauptübertragungsleitung als Quelle und produziert große Reflexion, die das Problem kompliziert. Es wird empfohlen, es nicht zu verwenden.

3.Kupplung

(1) Gemeinsame Impedanzkupplung: Es ist ein gemeinsamer Kopplungskanal, das heißt, die Störquelle und das gestörte Gerät teilen sich oft einige Leiter (wie Schleifenleitung, Bus, öffentliche Erdung usw.). In diesem Kanal verursacht das Zurückfallen des Ic eine Gleichtaktspannung in der Reihenstromschleife, die den Empfänger beeinflusst.

(2) Die Gleichtaktkopplung des Feldes führt dazu, dass die Strahlungsquelle eine Gleichtaktspannung in der durch den gestörten Stromkreis gebildeten Schleife und auf der gemeinsamen Bezugsfläche erzeugt. Ist das Magnetfeld dominant, beträgt der Wert der in der Reihenschaltung erzeugten Gleichtaktspannung Vcm=-(△B/△t)* Fläche (wobei △B= Änderung der magnetischen Induktionsstärke). Wenn es sich um ein elektromagnetisches Feld handelt und der Wert des elektrischen Feldes bekannt ist, ist die induzierte Spannung: Vcm=(L* H *F*E)/48, die Formel ist geeignet für L(m)=150MHz, über diese Grenze hinaus kann die Berechnung der maximalen induzierten Spannung vereinfacht werden als Vcm=2* H *E.

(3) Differentialmode-Feldkopplung: bezieht sich auf die direkte Strahlung,die von dem Drahtpaar oder der Leitung auf der Leiterplatte und ihrer Schleife induziert und empfangen wird. Wenn man so nah wie möglich an die beiden Drähte herankommt.Diese Kopplung wird stark reduziert,so dass die beiden Drähte miteinander verdrillt werden können,um Störungen zu reduzieren.

(4) Interline-Kopplung (Übersprechen) kann jede Linie gleich dem Parallelkreis zwischen unerwünschter Kopplung machen, ernsthaft wird die Leistung des Systems stark beschädigen. Seine Art kann in kapazitives Übersprechen und Wahrnehmungsübersprechen unterteilt werden. Ersteres liegt daran, dass die parasitäre Kapazität zwischen den Leitungen das Rauschen auf der Rauschquelle verursacht, die mit der Rauschempfangsleitung durch Stromeinspritzung gekoppelt ist. Letzteres kann als Kopplung von Signalen zwischen den Primärstufen eines unerwünschten parasitären transformators betrachtet werden.Die Größe des induktiven Übersprechens hängt von der Nähe der beiden Schleifen,der Größe des Schleifenbereichs und der Impedanz der betroffenen Last ab.

(5) Stromleitungskupplung:Es bezieht sich auf die Übertragung von elektromagnetischen Störungen auf andere Geräte, nachdem die Wechselstrom- oder Gleichstromleitung gestört wurde.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, Übersprechen im PCB-Design zu vermeiden:

1.Die Größe der beiden Arten von Übersprechen nimmt mit der Erhöhung der Lastimpedanz zu, so dass die Signalleitung, die empfindlich auf Störungen durch Übersprechen verursacht wird, ordnungsgemäß beendet werden sollte.

2.Soweit möglich, den Abstand zwischen Signalleitungen zu erhöhen, kann kapazitives Übersprechen effektiv reduzieren. Erdungsmanagement, Abstand zwischen Verdrahtung (wie aktive Signalleitungen und Erdungsleitungen zur Isolierung, insbesondere im Zustand des Sprungs zwischen der Signalleitung und Masse zum Intervall) und Reduzierung der Bleiinduktivität.

3.Kapazitives Übersprechen kann auch effektiv reduziert werden, indem ein Massedraht zwischen benachbarten Signalleitungen eingesetzt wird, der mit der Bildung jede Viertelwellenlänge verbunden werden muss.

4.Für sinnvolles Übersprechen sollte der Schleifenbereich minimiert und, wenn erlaubt, die Schleife eliminiert werden.

5.Vermeiden Sie Signalfreigabeschleife.

6. Achten Sie auf die Signalintegrität: Der Designer sollte die Endverbindung im Schweißprozess realisieren, um die Signalintegrität zu lösen. Designer, die diesen Ansatz verwenden, können sich auf die Mikrostreifenlänge der abschirmenden Kupferfolie konzentrieren, um eine gute Signalintegrität zu erreichen. Bei Systemen mit versiegelten Anschlüssen in der Kommunikationsstruktur kann der Konstrukteur eine Leiterplatte als Terminal verwenden.

4.Elektromagnetische Störungen

Mit zunehmender Geschwindigkeit wird EMI immer ernster und zeigt sich in vielen Aspekten (wie elektromagnetische Störungen bei Verbindungsleitungen).Hochgeschwindigkeitsgeräte sind besonders empfindlich darauf und empfangen Hochgeschwindigkeits-Falschignale, während Low-Speed-Geräte solche Falschignale ignorieren.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, elektromagnetische Störungen beim Leiterplattendesign zu beseitigen:

1.Schleifen reduzieren: Jede Schleife ist äquivalent zu einer Antenne, also müssen wir die Anzahl der Schleifen, den Bereich der Schleifen und den Antenneneffekt der Schleifen minimieren. Stellen Sie sicher, dass das Signal an zwei Punkten nur einen Loop-Pfad hat, vermeiden Sie künstliche Loops und verwenden Sie die Power-Layer, wann immer möglich.

2.Filtern: in der Stromleitung und der Signalleitung können Filtern nehmen, um EMI zu reduzieren, gibt es drei Methoden: Entkopplungskondensator, EMI-Filter, magnetische Komponenten.

3.Abschirmung. Aufgrund der Länge der Ausgabe plus einer Menge Diskussionsschirmartikel, keine spezifische Einleitung mehr.

4.Versuchen Sie, die Geschwindigkeit von Hochfrequenzgeräten zu reduzieren.

5.Die Dielektrizitätskonstante der Leiterplatte kann verhindern, dass Hochfrequenzteile wie Übertragungsleitungen in der Nähe der Leiterplatte nach außen abstrahlen; Erhöhen Sie die Dicke der Leiterplatte, minimieren Sie die Dicke der Mikrostreifenleitung, kann verhindern,dass sich elektromagnetische Leitungen kreuzen, kann auch Strahlung verhindern.