PCB-Neuigkeiten - Design HF Leiterplatte und Know-how

Design HF-Leiterplatte and Knowhow

Successful RF PCB-Design muss sorgfältig auf jeden Schritt und jedes Detail im gesamten Designprozess achten, Das bedeutet, dass eine gründliche und sorgfältige Planung zu Beginn des Entwurfs durchgeführt werden muss, und der Fortschritt jedes Entwurfsschritts muss umfassend und kontinuierlich bewertet werden. Diese akribische Design-Fähigkeit ist, was den meisten inländischen elektronischen Unternehmenskulturen fehlt.

In den letzten Jahren widmen Betreiber aufgrund der Nachfrage und des Wachstums von Bluetooth-Geräten, drahtlosen lokalen Netzwerken (WLAN) und Mobiltelefonen mehr und mehr Aufmerksamkeit auf die Fähigkeiten des HF-Schaltungsdesigns. Von der Vergangenheit bis in die Gegenwart war HF-Leiterplattendesign, wie elektromagnetische Störungen (EMI), für Ingenieure immer der schwierigste Teil zu steuern, sogar ein Albtraum. Wenn Sie erfolgreich auf einmal entwerfen möchten, müssen Sie sorgfältig planen und auf Details im Voraus achten.

Hochfrequenz (RF) Leiterplattendesign wird oft als "schwarze Kunst" beschrieben, weil es viele Unsicherheiten in der Theorie gibt. Dies ist jedoch nur ein Teilaspekt der Abdeckung. Es gibt immer noch viele Regeln, die im HF-Leiterplattendesign befolgt werden können. In der praktischen Gestaltung besteht jedoch die wirkliche praktische Fähigkeit darin, diese Gesetze zu kompromittieren, wenn sie aufgrund verschiedener Einschränkungen nicht umgesetzt werden können. Wichtige HF-Designthemen umfassen Impedanz- und Impedanzanpassung, Isolierschichtmaterialien und Laminate, Wellenlängen und Oberschwingungen usw. Dieses Papier konzentriert sich auf verschiedene Probleme im Zusammenhang mit HF-Leiterplatten Zoning Design.

Arten von Mikro-Vias

Schaltungen mit unterschiedlichen Eigenschaften auf der Leiterplattemuss getrennt werden, aber sie müssen unter bestem Zustand ohne elektromagnetische Störungen angeschlossen werden, die Verwendung von Micro-Vias erfordert. Allgemein, der Durchmesser der Mikrodurchgänge ist 0.05mm bis 0.20mm. Diese Vias sind im Allgemeinen in drei Kategorien unterteilt, nämlich blind über, begraben via und durch via. Das tote Loch befindet sich auf der Ober- und Unterseite der Leiterplatte und hat eine gewisse Tiefe. Es wird für die Verbindung zwischen dem Oberflächenkreis und dem inneren Kreis unten verwendet. The depth of the hole usually does not exceed a certain ratio (aperture). Begrabenes Loch bezieht sich auf das Verbindungsloch in der inneren Schicht des Leiterplatte, die sich nicht auf die Oberfläche der Leiterplatte. Die beiden oben genannten Arten von Löchern befinden sich in der inneren Schicht der Leiterplatte. Sie werden durch das Durchgangslochumformverfahren vor der Laminierung vervollständigt. Mehrere innere Schichten können sich während der Bildung von Vias überlappen. Das dritte wird Durchgangsloch genannt, das die gesamte Leiterplatte durchläuft und verwendet werden kann, um interne Verschaltung oder als klebendes Positionierloch von Bauteilen zu realisieren.

Nutzung von Zonierungstechniken

Bei der Entwicklung von HF-Leiterplatten sollten Hochleistungs-HF-Verstärker (HPA) und rauscharme Verstärker (LNA) so weit wie möglich isoliert werden. Kurz gesagt, Hochleistungs-HF-Sendeschaltung sollte von rauscharmen Empfangsschaltungen ferngehalten werden. Wenn auf der Leiterplatte viel Platz ist, kann dies leicht getan werden. Wenn es jedoch viele Komponenten gibt, wird der PCB-Raum sehr klein, so dass es schwierig ist, ihn zu erreichen. Sie können sie auf beiden Seiten der Leiterplatte platzieren oder sie abwechselnd anstatt gleichzeitig arbeiten lassen. Hochleistungsschaltungen können auch HF-Puffer und spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCOs) umfassen.

Entwurfszonen können in physische und elektrische Aufteilungen unterteilt werden. Physikalische Zoneneinteilung umfasst hauptsächlich das Layout, die Ausrichtung und die Abschirmung von Teilen und Komponenten; Elektrische Zoneneinteilung kann weiterhin in Stromverteilung, HF-Verdrahtung, empfindliche Schaltung und Signal, Erdung und andere Zoneneinteilung unterteilt werden.

Entitätspartition

Komponente Layout ist der Schlüssel zu einem exzellenten HF-Design. Die effektivste Technologie besteht darin, zuerst die Komponenten auf dem HF-Pfad zu fixieren und ihre Ausrichtung anzupassen, um die Länge des HF-Weges zu minimieren. Und halten Sie den HF-Eingang weg vom HF-Ausgang, und weit weg von Hochleistungs- und rauscharmen Schaltungen.

Die effektivste Leiterplattenstapel-Methode besteht darin, die Haupterdung auf der zweiten Schicht unterhalb der Oberflächenschicht anzuordnen und die HF-Linie auf der Oberflächenschicht so weit wie möglich zu laufen. Die Minimierung der Durchgangsgröße auf dem HF-Pfad kann nicht nur die Pfadinduktivität verringern, sondern auch die falschen Lötstellen auf der Haupterdung reduzieren und die Wahrscheinlichkeit eines HF-Energielecks in andere Bereiche im Laminat verringern.

Im physikalischen Raum reichen lineare Schaltungen wie mehrstufige Verstärker normalerweise aus, um mehrere HF-Bereiche voneinander zu isolieren, aber Duplexer, Mischer und wenn Verstärker immer mehrere HF-Eingänge haben, wenn Signale sich gegenseitig stören, muss dieser Effekt sorgfältig minimiert werden. HF und wenn die Verdrahtung so weit wie möglich verläuft, und ein Erdungsbereich zwischen ihnen ist so weit wie möglich zu trennen. Der richtige HF-Pfad ist sehr wichtig für die Leistung der gesamten Leiterplatte, weshalb das Bauteillayout normalerweise die meiste Zeit beim Design von Mobiltelefon-Leiterplatten beansprucht.

Auf dem Handy PCB, Es ist in der Regel möglich, die rauscharme Verstärkerschaltung auf einer Seite des PCB und der Hochleistungsverstärker auf der anderen Seite, Verbinden Sie sie schließlich mit einem Ende der HF-Antenne und dem anderen Ende des Basisbandprozessors auf der gleichen Seite durch einen Duplexer. Dies erfordert einige Fähigkeiten, um sicherzustellen, dass HF-Energie nicht von einer Seite der Platine auf die andere durch Durchkontaktierungen übertragen wird. Die gängige Technologie ist, blinde Löcher auf beiden Seiten zu verwenden. Durch Anordnung des blinden Lochs in dem Bereich, wo beide Seiten der PCB frei von HF-Störungen sind, die nachteilige Wirkung des Durchgangs kann minimiert werden.

Metallschild

Manchmal, Es ist unmöglich, genügend Trennung zwischen mehreren Schaltungsblöcken zu halten. In diesem Fall, Es muss in Betracht gezogen werden, Metallschild zu verwenden, um HF-Energie im HF-Bereich abzuschirmen, aber das Metallschild hat auch Nebenwirkungen, wie hoch Leiterplattenherstellung cost and Leiterplattenmontage cost.

Der unregelmäßige Metallschild ist schwierig, hohe Präzision in der Herstellung sicherzustellen, und der rechteckige oder quadratische Metallschild begrenzt das Layout von Teilen und Komponenten; Der Metallschild ist nicht förderlich für den Bauteilaustausch und Fehlerverschiebung; Da das Metallschild am Boden geschweißt werden muss und ein angemessener Abstand zu den Komponenten eingehalten werden muss, muss es wertvollen PCB-Platz einnehmen.

Es ist sehr wichtig, die Integrität des Metallschildes so weit wie möglich zu gewährleisten, So sollte die digitale Signalleitung, die in das Metallschild eintritt, so weit wie möglich durch die innere Schicht gehen, und es ist am besten, die nächste Schicht der Signalleitungsschicht als Erdungsschicht einzustellen. Die HF-Signalleitung kann von dem kleinen Spalt an der Unterseite des Metallschildes und der Verdrahtungsschicht am Erdungsspalt geleitet werden, aber die Peripherie der Lücke sollte möglichst von einer großen Erdungsfläche umgeben sein. Die Erdung auf verschiedenen Signalschichten kann durch mehrere via s.

Trotz dieser Nachteile sind Metallschirme immer noch sehr effektiv und oft die einzige Lösung, kritische Schaltkreise zu isolieren.

Stromentkopplungskreis

Darüber hinaus ist eine geeignete und effektive Chip-Leistungsentkopplung ebenfalls sehr wichtig. Viele HF-Chips, die mit linearen Leitungen integriert sind, reagieren sehr empfindlich auf Stromversorgungsgeräusche. Normalerweise benötigt jeder Chip bis zu vier Kondensatoren und eine Isolationsinduktivität, um alle Stromversorgungsgeräusche herauszufiltern.

Die minimale Kapazität hängt normalerweise von der Resonanzfrequenz und der Pin-Induktivität des Kondensators selbst ab, und der Wert von C4 wird entsprechend ausgewählt. 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 HF-Entkopplung wird durch Induktor L1 abgeschlossen, wodurch das HF-Signal nicht von der Stromleitung an den Chip gekoppelt werden kann. Da alle Verkabelungen eine potenzielle Antenne sind, die HF-Signale empfangen und übertragen kann, ist es notwendig, HF-Signale von Schlüsselleitungen und Komponenten zu isolieren.

Auch die physische Lage dieser entkoppelnden Komponenten ist oft entscheidend. Das Layoutprinzip dieser wichtigen Komponenten lautet: C4 sollte so nah am IC-Pin und geerdet wie möglich sein, C3 muss am nächsten an C4 sein, C2 muss am nächsten an C3 sein und der Verbindungsweg zwischen IC-Pin und C4 sollte so kurz wie möglich sein. Die Erdungsklemmen dieser Komponenten (insbesondere C4) sollten normalerweise durch die erste Erdungsschicht unter der Platine mit dem Chip-Erdungsstift verbunden werden. Der Anschluss des Bauteils an die Masseebene sollte möglichst nahe am Bauteilpad auf der Leiterplatte liegen. Es ist am besten, das Blindloch auf dem Pad zu verwenden, um die Induktivität der Verbindungsleitung zu minimieren, und die Induktivität L1 sollte nahe an C1 sein.

An integrierte Schaltung oder Verstärker hat oft einen offenen Kollektorausgang, So wird ein Pull-up Induktor benötigt, um eine hochohmige HF-Last und eine niederohmige DC-Stromversorgung bereitzustellen. Dasselbe Prinzip gilt auch für die Entkopplung des Stromversorgungsendes dieser Induktivität. Einige Chips benötigen mehrere Netzteile, um zu funktionieren, So können zwei oder drei Sätze von Kondensatoren und Induktoren erforderlich sein, um sie zu entkoppeln. If there is not enough Raum around the chip, die Entkopplungswirkung gering sein kann.

Insbesondere ist zu beachten, dass die Induktivitäten selten parallel nebeneinander liegen, da dies einen Luftkerntransformator bildet und Interferenzsignale untereinander induziert. Daher sollte der Abstand zwischen ihnen mindestens gleich der Höhe eines von ihnen sein oder rechtwinklig angeordnet sein, um gegenseitige Induktivität zu minimieren.

Elektrische Zoneneinteilung

Elektrische Zoneneinteilung ist im Prinzip dasselbe wie physikalische Zoneneinteilung, umfasst aber auch einige andere Faktoren. Einige Teile moderner Mobiltelefone verwenden unterschiedliche Arbeitsspannungen und werden durch Software gesteuert, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern. Das bedeutet, dass Mobiltelefone über mehrere Netzteile verfügen müssen, was zu mehr Isolationsproblemen führt. Die Stromversorgung wird normalerweise durch den Stecker eingeführt und sofort entkoppelt, um etwaige Geräusche von der Außenseite der Leiterplatte herauszufiltern, und dann verteilt, nachdem eine Gruppe von Schaltern oder Linearreglern passiert ist.

In Mobiltelefonen, der Gleichstrom der meisten Schaltungen ist recht klein, so ist die Routingbreite in der Regel kein Problem. Allerdings, a large current line as wide möglichst must be designed separately for the power supply of high-power amplifier to minimize the transient voltage drop during transmission. Um zu hohe Stromverluste zu vermeiden, mehrere vias muss verwendet werden, um Strom von einer Schicht auf eine andere zu übertragen. Darüber hinaus, wenn es nicht vollständig am Leistungspin des Hochleistungsverstärkers entkoppelt werden kann, Das Rauschen der hohen Leistung wird auf das Ganze ausstrahlen Leiterplatte und bringen alle Arten von Problemen. Die Erdung von Hochleistungsverstärkern ist sehr wichtig, und es ist oft notwendig, einen Metallschild dafür zu entwerfen.