PCB-Neuigkeiten - Wie man HF-Schaltung und digitale Schaltung gleichzeitig auf PCB platziert

Analog (radio frequency) and digital (microcontroller) circuits may work well individually, aber sobald die beiden auf dem gleichen sind Leiterplatte und gemeinsam mit dem gleichen Netzteil arbeiten, Das gesamte System ist wahrscheinlich instabil. This is mainly because the digital signal oscillates frequently between the ground and the positive power supply (size 3 V), und die Periode ist extrem kurz, oft ns Klasse. Aufgrund der großen Amplitude und der geringen Schaltzeit, diese digitalen sig

Nals enthalten eine große Anzahl von Hochfrequenzkomponenten unabhängig von der Schaltfrequenz. Im analogen Teil ist das Signal, das von der Antennenstimmunschleife zum Empfangsteil des drahtlosen Geräts übertragen wird, im Allgemeinen kleiner als 1μV.

Unzureichende Isolierung empfindlicher Leitungen und rauschender Signalleitungen ist ein häufiges Problem. Wie oben erwähnt, haben digitale Signale eine hohe Schwingamplitude und enthalten eine große Anzahl von Hochfrequenzschwingungen. Wenn die digitale Signalverdrahtung auf der Leiterplatte an empfindlichen analogen Signalen angrenzt, können Hochfrequenzschwingungen vorbei gekoppelt werden. Die empfindlichen Knoten des HF-Geräts sind in der Regel die Schleifenfilterschaltung der phasenverriegelten Schleife (PLL), der externe spannungsgesteuerte Oszillator (VCO)-Induktor, das Kristallreferenzsignal und die Antennenanschlüsse. Diese Teile des Schaltkreises sollten mit besonderer Sorgfalt behandelt werden.

Da Eingangs-/Ausgangssignale einen Schwung von mehreren V haben, sind digitale Schaltungen generell für Leistungsrauschen (weniger als 50 mV) akzeptabel. Analoge Schaltungen reagieren sehr empfindlich auf Leistungsrauschen, insbesondere auf Gratspannung und andere Hochfrequenzschwingungen. Daher müssen Stromleitungen auf Leiterplatten, die HF (oder andere analoge) Schaltungen enthalten, sorgfältiger geführt werden als auf gewöhnlichen Digitalplatinen, und automatische Verkabelung sollte vermieden werden. Es sollte auch beachtet werden, dass Mikrocontroller (oder andere digitale Schaltungen) plötzlich den größten Teil des Stroms für eine kurze Zeit innerhalb jedes internen Taktzyklus einsaugen, da moderne Mikrocontroller mit CMOS-Prozessen entworfen werden.

HF-Platinen sollten immer eine Erdungsschicht an die negative Stromversorgung angeschlossen haben, die einige seltsame Phänomene hervorrufen kann, wenn sie nicht richtig behandelt werden. Dies kann für einen digitalen Schaltungsdesigner schwierig zu verstehen sein, da die meisten digitalen Schaltungen auch ohne Masseschichten gut funktionieren. In HF wirkt selbst ein sehr kurzer Draht wie Induktivität. Durch grobe Berechnung beträgt die Induktivität pro mm Länge etwa 1 nH, und die induktive Reaktanz von 10 mmPCB Leitungen bei 434 MHz beträgt etwa 27­Ï­ Wenn Erdungskabel nicht verwendet werden, sind die meisten Erdungskabel lang und die Konstruktionseigenschaften der Schaltung werden nicht garantiert.

Dies wird oft in Schaltungen übersehen, die RF und andere Komponenten enthalten. Neben dem HF-Teil befinden sich in der Regel weitere analoge Schaltungen auf der Platine. Viele Mikrocontroller verfügen beispielsweise über eingebaute Analog-Digital-Wandler (ADCs) zur Messung analoger Eingänge sowie Batteriespannung oder anderer Parameter. Befindet sich die Sendeantenne in der Nähe (oder auf) der Leiterplatte, kann das abgegebene Hochfrequenzsignal den Analogeingang des ADC erreichen. Vergessen Sie nicht, dass jede Schaltung HF-Signale wie eine Antenne senden oder empfangen kann. Wenn der ADC-Eingang nicht ordnungsgemäß verarbeitet wird, kann das HF-Signal innerhalb der ESD-Diode des ADC-Eingangs selbst angeregt werden, was zu einer ADC-Abweichung führt.

Alle Verbindungen zur Erdungsschicht müssen so kurz wie möglich sein und das Erdungsloch sollte an (oder sehr nahe) dem Pad des Elements platziert werden. Lassen Sie niemals zwei Erdungssignale ein einziges Erdungsloch teilen. Dies kann aufgrund des Widerstands der Lochverbindung zu Übersprechen zwischen Pads führen. Der Entkopplungskondensator sollte so nah wie möglich an den Pins platziert werden und sollte an jedem Pin verwendet werden, wo Entkopplung erforderlich ist. Hochwertige Keramikkondensatoren, dielektrischer Typ "NPO" und "X7R" funktionieren in den meisten Anwendungen gut. Der Idealwert der gewählten Kapazität sollte so sein, dass seine Reihenresonanz der Signalfrequenz entspricht.

Beispielsweise funktioniert der SMD-montierte 100 p F-Kondensator gut bei 434 MHz, bei dem die kapazitive Reaktanz etwa 4­Ï­beträgt und der Durchgangsreaktanz im gleichen Bereich liegt. Die Kondensatoren und Löcher in Serie bilden einen Notchfilter für die Signalfrequenz, der effektiv entkoppelt werden kann. Bei 868 MHz ist der 33 p F Kondensator eine ideale Wahl. Zusätzlich zur HF-Entkopplung des Niederwertkondensators sollte auch ein Hochwertkondensator auf der Stromleitung platziert werden, um die Niederfrequenz zu entkoppeln, wählen Sie einen 2.2 μF Keramik- oder 10μF Tantalkondensator.

Star Routing ist eine bekannte Technik im analogen Schaltungsdesign. Sternverdrahtung.Jedes Modul auf der Leiterplatte hat eine eigene Stromleitung vom öffentlichen Stromversorgungspunkt. In diesem Fall bedeutet Sternverdrahtung, dass die digitalen und HF-Teile der Schaltung separate Stromleitungen haben sollten, und diese Stromleitungen sollten getrennt in der Nähe des IC entkoppelt werden. Dies ist eine Partition aus der Zahl

Eine effektive Methode des partiellen und partiellen Stromversorgungsgeräusches von HF. Werden Module mit starkem Rauschen auf derselben Platine platziert, können Induktivitäten (Beads) oder kleine Widerstände (10­Ï­­1) in Reihe zwischen dem Netzkabel und den Modulen geschaltet werden, und Tantalkondensatoren von mindestens 10­Î¼F müssen verwendet werden, um die Stromversorgung dieser Module zu entkoppeln. Solche Module wie RS 232 Treiber oder Schaltleistungsregler.

Um die Störungen durch das Rauschmodul und den umgebenden Analogteil zu reduzieren, ist das Layout jedes Schaltungsmoduls auf der Platine wichtig. Sensible Module (HF-Teile und Antennen) sollten immer von rauschenden Modulen (Mikrocontroller und RS-232-Treiber) ferngehalten werden, um Interferenzen zu vermeiden. Wie oben erwähnt, können HF-Signale Störungen mit anderen empfindlichen analogen Schaltungsmodulen wie ADC verursachen, wenn sie übertragen werden. Die meisten Probleme treten bei niedrigeren Betriebsbändern (z.B. 27 MHz) sowie bei hohen Ausgangsleistungen auf. Es ist eine gute Entwurfspraxis, HF-Entkopplungskapazität (100p F) zu verwenden, die mit Masse verbunden ist, um empfindliche Punkte zu entkoppeln.

Wenn Sie ein Kabel verwenden, um eine HF-Platine mit einer externen digitalen Schaltung zu verbinden, verwenden Sie ein Twisted-Pair-Kabel. Jedes Signalkabel muss mit dem GND-Kabel (DIN/GND, DOUT/GND, CS/GND, PWR _ UP/GND) doppelt verdrillt werden. Verbinden Sie die HF-Leiterplatte mit der digitalen Anwendungsplatine mit dem GND-Kabel des Twisted-Pair-Kabels. Die Kabellänge sollte so kurz wie möglich sein. Die Leitung, die die HF-Platine versorgt, muss ebenfalls an GND Twisted-Pair (VDD/GND) angeschlossen werden.