Leiterplatte Blog - Spezielle Gegenmaßnahmen für Hochfrequenzschaltungen im Leiterplattendesign

Der Grund warum Leiterplatte Design stellt höhere Anforderungen an die rasante Entwicklung der modernen Elektronikindustrie, Digitale und Hochfrequenzschaltungen entwickeln sich in Richtung hoher Geschwindigkeit, geringer Verbrauch, kleine Größe, und hohe Störfestigkeit. Das Designsystem Protel 99SE nutzt die Vorteile der Plattformen Windows XP und Windows2000 voll aus, und seine super-starke Designumgebung für die Leiterplatte Modul ermöglicht es der Konstruktionsarbeit, ihre Konstruktionsanforderungen effektiver zu erfüllen. Für Konstrukteure mit Hochfrequenzschaltungen, Es ist keine einfache Anforderung mehr für die Routingrate von Leiterplattes, erfordert aber solide theoretische Kenntnisse und reiche Erfahrung in Leiterplatte Design basierend auf den Arbeitseigenschaften der Schaltung. Und die tatsächliche Arbeitsumgebung und andere Aspekte, um sein Design zu betrachten, Nur so können wir ein Ideal schaffen Leiterplatte. Dieser Artikel zielt auf das Layout und die Verdrahtung von Hochfrequenzschaltungen im Prozess der Leiterplatte Design, am Beispiel der Protel 99SE Software, Die Gegenmaßnahmen und Designfähigkeiten von Hochfrequenzschaltungen im Prozess der Leiterplatte Design.

1. Hochfrequenz Leiterplatte layout
Layout operation is very important in the entire Leiterplatte Design. Layout ist die Grundlage des Verdrahtungsbetriebs. Für ein perfektes Bauteillayout, Designer müssen über das Layout von Komponenten aus der Perspektive der Schaltungseigenschaften und Routing nachdenken. Protel 99SE hat die Funktion des automatischen Layouts und hat zwei Funktionen des Clusterings und des statistischen Layouts, aber es kann die Arbeitsanforderungen von Hochfrequenzschaltungen nicht vollständig erfüllen. Designer müssen auch die Herstellbarkeit berücksichtigen, mechanische Struktur, Wärmeableitung, EMI of PCB (Electromagnetic interference), Zuverlässigkeit, Signalintegrität und andere Aspekte des Layouts werden umfassend berücksichtigt. Nur so kann das Leben, Stabilität, EMC (electromagnetic compatibility) of the Leiterplatte effektiv verbessert werden, und das Layout kann perfekter gemacht werden. Für das Layout von Hochfrequenzschaltungen, designers should first consider the layout of those components that are closely matched with the structure and fixed in position (such as power sockets, Kontrollleuchten, Steckverbinder und Schalter, etc.), und dann spezielle Komponenten auf der Schaltung auslegen. (such as heating elements, Transformatoren, Chips, etc.), und einige kleine Geräte auslegen. Zur gleichen Zeit, um die Anforderungen der Verkabelung zu berücksichtigen, Die Platzierung hochfrequenter Bauteile sollte möglichst kompakt sein, und die Verkabelung der Signalleitungen sollte so kurz wie möglich sein, um die Querstörungen der Signalleitungen so weit wie möglich zu reduzieren.

1. Mechanical structure
Power sockets, Kontrollleuchten, Steckverbinder und Schalter gehören alle zu dieser Kategorie von Komponenten, die alle Positionierungs-Plug-ins in Bezug auf mechanische Abmessungen sind. Normalerweise, die Schnittstelle zwischen Netzteil und Leiterplatte wird am Rand des Leiterplatte, und der Abstand vom Rand der Leiterplatte ist in der Regel nicht kleiner als 2mm; die Leuchtdiode des Indikators sollte bei Bedarf genau angebracht werden; Schalter und einige Feinabstimmungskomponenten, wie einstellbare Induktoren, einstellbare Widerstände, etc. sollte nah am Rand des Leiterplatte zur einfachen Einstellung und Verbindung; Komponenten, die häufig ausgetauscht werden müssen, müssen für einen einfachen Austausch an einem Ort mit weniger Komponenten platziert werden. Bauteile mit einer Masse über 15g sollten mit Klammern befestigt werden, Große und schwere Komponenten sollten nicht direkt auf der Leiterplatte platziert werden.

2. Heat dissipation
High-power tubes, Transformatoren, Gleichrichterrohre und andere Heizgeräte erzeugen bei Arbeiten mit hohen Frequenzen viel Wärme. Lüftung und Wärmeableitung sollten im Layout vollständig berücksichtigt werden. Solche Komponenten sollten am Rand des Leiterplatte oder an der belüfteten Stelle. Das Heizelement sollte auf dem oberen Teil der Platte platziert werden, und das Heizelement sollte nicht auf der unteren Schicht der doppelseitigen Platte platziert werden. Hochleistungsgleichrichterrohre und Einstellrohre sollten mit Heizkörpern ausgestattet und vom Transformator ferngehalten werden. Komponenten, die Angst vor Hitze haben, wie Elektrolytkondensatoren, sollte auch von Heizgeräten ferngehalten werden, sonst wird der Elektrolyt getrocknet, was zu erhöhtem Widerstand und schlechter Leistung führt, die die Stabilität der Schaltung beeinträchtigen.

3. Layout of special components
Due to the 50Hz leakage magnetic field generated inside the power supply equipment, wenn es mit einigen Teilen des Niederfrequenzverstärkers verbunden ist, Es wird den Niederfrequenzverstärker stören. Daher, sie müssen isoliert oder abgeschirmt sein. Alle Stufen des Verstärkers können in einer geraden Linie nach dem Schaltplan angeordnet werden. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass der Bodenstrom jeder Ebene geschlossen und auf dieser Ebene fließt, das die Arbeit anderer Schaltkreise nicht beeinträchtigt. Die Eingangs- und Ausgangsstufe sollten so weit wie möglich entfernt sein, um die parasitären Kupplungsstörungen zwischen ihnen zu reduzieren. Berücksichtigung des Signalübertragungsverhältnisses zwischen den Funktionsschaltungen jeder Einheit, Niederfrequenzschaltung und Hochfrequenzschaltung sollten ebenfalls getrennt werden, und die analoge Schaltung und die digitale Schaltung sollten getrennt werden. Die integrierte Schaltung sollte in der Mitte des Leiterplatte, um die Verkabelung zwischen jedem Pin und anderen Geräten zu erleichtern. Geräte wie Induktoren und Transformatoren haben eine magnetische Kopplung und sollten orthogonal zueinander platziert werden, um die magnetische Kopplung zu reduzieren. Darüber hinaus, sie alle haben starke Magnetfelder, und es sollte ein angemessener großer Raum oder eine magnetische Abschirmung um sie herum sein, um die Auswirkungen auf andere Schaltkreise zu verringern.

4. Electromagnetic interference
Our commonly used methods to eliminate electromagnetic interference include reducing loops, Filtern, Abschirmung, Reduzierung der Geschwindigkeit von Hochfrequenzgeräten so weit wie möglich, und Erhöhung der dielektrischen Konstante der Leiterplatte. Zum Beispiel, Entkopplungskondensatoren von integrierten Schaltungen sollten so nah wie möglich platziert werden. Allgemein, 0.1uF Kondensatoren werden für den Betrieb von Frequenzen unter 10MHz verwendet, und 0.01uF Kondensatoren werden für den Betrieb von Frequenzen über 10MHz verwendet. Es gibt einen hohen Potentialunterschied zwischen einigen Komponenten oder Drähten, und der Abstand sollte erhöht werden, um Entladung zu vermeiden. Bauteile mit Hochspannung sollten an Stellen angeordnet werden, die beim Debuggen von Hand nicht leicht zugänglich sind. Komponenten, die sich leicht gegenseitig stören lassen, sollten nicht zu nah sein, und die Ein- und Ausgangskomponenten sollten so weit wie möglich entfernt sein, um Rückkopplungsstörungen zu vermeiden. Zur Reduzierung der Verteilungsparameter von Hochfrequenzkomponenten, generally placed nearby (irregularly arranged) general circuits (low-frequency circuits) should be arranged according to the rules, das für Installation und Schweißen bequem ist.

2. Hochfrequenz Leiterplatte wiring
High-frequency circuits tend to have high integration and high wiring density. Der Einsatz von Mehrschichtplatinen ist nicht nur für die Verdrahtung notwendig, aber auch ein wirksames Mittel zur Verringerung von Störungen. Die Leiterplatte System von Protel 99SE kann 32-Signalschichten zur Verfügung stellen, 16 mechanische Schichten und Lötmaskenschichten. , Lötpastenschicht und mehr als 70-Arbeitsschichten für Benutzer zur Auswahl. Angemessene Auswahl der Anzahl der Schichten kann die Größe der Leiterplatte, Kann die mittlere Schicht voll ausnutzen, um den Schild einzustellen, kann die nächste Erdung besser erreichen, kann die parasitäre Induktivität effektiv reduzieren, kann die Übertragungslänge des Signals effektiv verkürzen, und die Interferenz zwischen den Signalen stark reduzieren. Querstörungen, etc. All dies sind vorteilhaft für die Zuverlässigkeit von Hochfrequenzschaltungen. Einige Daten zeigen, dass das Rauschen von vierlagigen Platten 20dB niedriger ist als das von doppelseitigen Platten, wenn das gleiche Material verwendet wird, aber je höher die Anzahl der Schichten, Je komplizierter der Herstellungsprozess und desto höher die Kosten.

1. General principles of wiring
The wires between the pins of high-frequency circuit devices should be as short as possible, mit so wenig Biegungen wie möglich. Die Drähte sollten gerade sein., scharfe Biegungen und scharfe Ecken sollten so weit wie möglich vermieden werden. Drehungen sind erforderlich, und Bögen oder gebrochene Linien sollten für den Übergang verwendet werden. Diese Anforderung wird nur verwendet, um die Fixierfestigkeit der Stahlfolie im Niederfrequenzschaltung zu verbessern, Die Erfüllung dieser Anforderung in der Hochfrequenzschaltung kann jedoch die externe Emission und gegenseitige Kopplung des Hochfrequenzsignals reduzieren. In der Hochfrequenzschaltung Verdrahtung, Horizontale und vertikale Verdrahtung werden abwechselnd auf benachbarten Schichten durchgeführt. Parallele Verdrahtung in derselben Schicht kann nicht vermieden werden, Aber eine große Fläche des Massedrahts kann auf der Rückseite der Leiterplatte verlegt werden, um Interferenzen zu reduzieren. Für häufig verwendete doppelseitige Platten, Viele Ebenen können dazu eine eingreifende Leistungsebene verwenden.

2. Power and ground wiring
In order to prevent the ground resistance interference caused by the local current in the multi-level circuit, the circuits at all levels should be grounded at one point (or as concentrated as possible). Wenn die Hochfrequenzschaltung über 30 MHz liegt, Eine kleine Fläche sollte auch geerdet werden. Die Geräte und Drähte, die anfällig für Störungen sind, können von Erdungskabeln umgeben werden. Verschiedene Signalspuren können keine Schleifen bilden, und Massedrähte können keine Stromschleifen bilden. Stromkabel und Erdungskabel sollten nah beieinander sein, um den geschlossenen Bereich zu minimieren, um elektromagnetische Störungen zu reduzieren. Allgemein, bei Verdrahtung, die Drahtbreite liegt zwischen 12-80mil, Das Stromkabel ist im Allgemeinen 20mil-40mil, und der Erdungsdraht ist im Allgemeinen mehr als 40mil. Wenn möglich, Der Draht sollte so breit wie möglich sein. Wenn das analoge Erdungskabel, digitaler Erdungskabel, etc. sind mit dem öffentlichen Erdungskabel verbunden, eine Hochfrequenz-Drosselverbindung verwendet wird. Bei der eigentlichen Montage der Hochfrequenz-Drosselverbindung, Häufig wird eine hochfrequente Ferritperle mit einem Draht im Mittelloch verwendet. Es wird im Allgemeinen nicht auf dem Schaltplan ausgedrückt, und die resultierende Netzwerktabelle enthält keine solchen Komponenten, und seine Existenz wird während der Verdrahtung ignoriert. Angesichts dieser Realität, Sie kann als Induktor im Schaltplan betrachtet werden. Definieren Sie dafür ein separates Komponentenpaket in der PCB-Komponentenbibliothek, und vor der Verdrahtung manuell in eine geeignete Position in der Nähe der gemeinsamen Erdung verlegen.

3. Wiring of integrated chips
A high-frequency decoupling capacitor should be set near each integrated circuit block. Da die Protel 99SE Software die Positionsbeziehung zwischen Entkopplungskondensator und entkoppelter integrierter Schaltung nicht berücksichtigt, wenn Komponenten automatisch platziert werden, Wenn der Abstand zwischen den beiden zu weit ist, die Entkopplungswirkung ist nicht gut. Zur Zeit, Die Position der beiden muss vorab durch manuelles Verschieben der Bauteile eingreifen, um sie zu schließen.

4. Copper coating
The main purpose of copper coating is to improve the anti-interference ability of the circuit, und gleichzeitig, Es ist sehr vorteilhaft für die Wärmeableitung der Leiterplatte und die Stärke der Leiterplatte. Die Kupferbeschichtung kann auch eine abschirmende Rolle spielen. Allerdings, großflächige Streifen Kupferfolie kann nicht verwendet werden, denn wenn die Leiterplatte wird zu lange verwendet, eine große Menge an Wärme erzeugt wird, und der Streifen Kupferfolie ist anfällig für Ausdehnung und Absturz. Kupferfolie, und verbinden Sie das Netz mit dem Erdungsnetz der Schaltung, damit das Gitter eine bessere Abschirmwirkung hat. Die Größe des Netzes wird durch die zu abschirmende Störfrequenz bestimmt.

3. Conclusion
The design process of high-frequency circuit Leiterplatte ist ein komplexer Prozess. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Designstrategien, es beinhaltet auch die Signalintegrität, einschließlich Signal-Übersprechen, und wie man Lärm unterdrückt. Daher, Designer müssen einen umfassenden Plan bei der Gestaltung haben Mit Rücksicht auf, In jeder Phase des Entwurfszyklus werden verschiedene Methoden und Techniken verwendet, um die Genauigkeit des Entwurfs zu gewährleisten, um eine vernünftige HochfrequenzLeiterplatte mit ausgezeichneter Leistung.