Leiterplattentechnisch - HF-Leiterplattendesign

Bei der Gestaltung der RF-Anordnung, there are several general principles that must be met first:

Separate the high-power RF amplifier (HPA) and the low-noise amplifier (LNA) as much as possible. Einfach ausgedrückt, Halten Sie die Hochleistungs-HF-Senderschaltung von der Low-Power-HF-Empfängerschaltung fern. Wenn Sie viel physischen Platz auf Ihrer Leiterplatte haben, Sie können das leicht machen, aber in der Regel gibt es viele Komponenten und die Leiterplattenraum ist klein, so ist dies in der Regel unmöglich. 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 Durchkontaktierungen. Je mehr Kupfer, desto besser. Später werden wir diskutieren, wie man dieses Konstruktionsprinzip bei Bedarf bricht und wie man die Probleme vermeiden kann, die dadurch verursacht werden können.

Auch die Entkopplung von Chip und Stromversorgung ist äußerst wichtig, und mehrere Möglichkeiten zur Umsetzung dieses Prinzips werden später diskutiert.

Wie partitionieren?

Entwurfsabteilungen können in physikalische Fächer und elektrische Fächer zerlegt werden. Physische Partitionierung umfasst hauptsächlich Probleme wie Bauteillayout, Ausrichtung und Abschirmung; Die elektrische Aufteilung kann weiterhin in Fächer für Stromverteilung, HF-Verdrahtung, empfindliche Schaltungen und Signale und Erdung zerlegt werden.

Zuerst diskutieren wir das Problem der physischen Partitionierung. Das Bauteillayout ist der Schlüssel zu einem guten HF-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, den Eingang vom Ausgang fernzuhalten und so weit wie möglich Erdtrennung von Hochleistungs- und Low-Power-Schaltungen.

Die effektivste Leiterplattenstapeltechnik besteht darin, die Hauptgrundebene (Hauptgrund) auf der zweiten Schicht unterhalb der Oberflächenschicht anzuordnen und die HF-Linien auf der Oberflächenschicht so weit wie möglich zu routen. Die Minimierung der Größe der Durchkontaktierungen auf dem HF-Pfad kann nicht nur die Pfadinduktivität verringern, sondern auch die virtuellen Lötstellen auf dem Hauptgrund reduzieren und die Wahrscheinlichkeit verringern, dass HF-Energie an andere Bereiche im Laminat ausläuft.

Im physikalischen Raum reichen lineare Schaltungen wie mehrstufige Verstärker normalerweise aus, um mehrere HF-Zonen voneinander zu isolieren, aber Duplexer, Mischer und Zwischenfrequenzverstärker/Mischer haben immer mehrere HF/IFs. 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, weshalb das Bauteillayout in der Regel die meiste Zeit im Mobiltelefon-LeiterplattenDesign beansprucht.

Es ist schwierig, eine hohe Präzision bei der Herstellung unregelmäßig geformter Metallschilde zu gewährleisten. Rechteckige oder quadratische Metallschilde erlegen einige Einschränkungen auf das Layout von Komponenten auf; Metallschirme sind nicht förderlich für den Austausch von Bauteilen und Fehlerlokalisierung; Weil Metallschilde angeschweißt werden müssen Am Boden muss ein angemessener Abstand zu den Komponenten eingehalten werden, damit es wertvollen Platz auf der Leiterplatte einnimmt.

Es ist sehr wichtig, die Integrität der Abschirmabdeckung so weit wie möglich zu gewährleisten. Die digitalen Signalleitungen, die in die Metallschutzabdeckung eintreten, sollten so weit wie möglich zur inneren Schicht geführt werden, und es ist am besten, dass die Leiterplattenschicht unterhalb der Verdrahtungsschicht die Masseschicht ist. HF-Signalleitungen können aus dem kleinen Spalt an der Unterseite des Metallschildes und der Verdrahtungsschicht am Erdspalt ausgehen, aber so viel Masse wie möglich um den Spalt herum, die Masse auf verschiedenen Schichten kann durch mehrere Durchgänge miteinander verbunden werden.

Trotz der oben genannten Probleme sind Metallschirme sehr effektiv und oft die einzige Lösung, um kritische Schaltkreise zu isolieren.

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.

Kritisch ist in der Regel auch die physische Lage dieser entkoppelnden Komponenten. Das Layoutprinzip dieser wichtigen Komponenten ist: C4 muss so nah wie möglich am IC-Pin und geerdet sein, C3 muss am nächsten an C4 sein, C2 muss am nächsten an C3 sein, und der IC-Pin und die Verbindungsspuren von C4 sollten so kurz wie möglich sein. Die Masseverbindungen dieser Komponenten (insbesondere C4) sollten in der Regel durch die nächste Masseschicht mit dem Massepfen des Chips verbunden werden. Die Durchkontaktierungen, die die Komponenten mit der Masseschicht verbinden, sollten so nah wie möglich an den Bauteilpads auf der Leiterplatte sein. Es ist am besten, blinde Löcher auf den Pads zu verwenden, um die Induktivität der Anschlussdrähte zu minimieren. Die Induktivität sollte nahe an C1 liegen.

Das Prinzip der elektrischen Zonierung ist in etwa das gleiche wie das der physikalischen Zonierung, enthält aber 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 dies bringt mehr Probleme bei der Isolierung. Die Energie wird normalerweise vom Stecker eingeführt und sofort entkoppelt, um etwaige Geräusche von der Außenseite der Leiterplatte herauszufiltern, und dann verteilt, nachdem Sie eine Reihe von Schaltern oder Reglern durchlaufen haben.

Wenn die HF-Signalleitung vom Eingangsende des Filters zurück zum Ausgangsende geschleift werden muss, kann dies die Bandpass-Eigenschaften des Filters ernsthaft beschädigen. Um eine gute Trennung zwischen Eingang und Ausgang zu erhalten, muss zuerst eine Masse um den Filter gelegt werden, dann muss eine Masse im unteren Schichtbereich des Filters gelegt und mit der Haupterde verbunden werden, die den Filter umgibt. Es ist auch eine gute Möglichkeit, die Signalleitungen, die durch den Filter gehen müssen, so weit wie möglich von den Filterstiften entfernt zu halten. Seien Sie außerdem sehr vorsichtig mit der Erdung verschiedener Stellen auf der gesamten Platine, sonst können Sie unbewusst einen Kopplungskanal einführen, den Sie nicht erreichen möchten.

Der Puffer kann verwendet werden, um den Isolationseffekt zu verbessern, da er das gleiche Signal in zwei Teile teilen und verwendet werden kann, um verschiedene Schaltungen anzutreiben, insbesondere der lokale Oszillator benötigt möglicherweise einen Puffer, um mehrere Mischer anzutreiben. Wenn der Mischer den Gleichtaktisolationszustand bei der HF-Frequenz erreicht, funktioniert er nicht richtig. Der Puffer kann die Impedanzänderungen bei verschiedenen Frequenzen gut isolieren, so dass die Schaltungen sich nicht gegenseitig stören.

Puffer sind sehr hilfreich für das Design. Sie können dem Stromkreis folgen, der angetrieben werden muss, so dass die Hochleistungs-Ausgangsspuren sehr kurz sind. Da der Eingangssignalpegel des Puffers relativ niedrig ist, sind sie nicht leicht mit anderen auf der Platine zu stören. Die Schaltung verursacht Störungen.

Der Resonanzkreis (einer für den Sender und der andere für den Empfänger) ist mit dem VCO verbunden, hat aber auch seine eigenen Eigenschaften. Einfach ausgedrückt ist der Resonanzkreis ein paralleler Resonanzkreis mit kapazitiven Dioden, der hilft, die VCO-Betriebsfrequenz einzustellen und Stimme oder Daten auf das HF-Signal zu modulieren.

Das Design von AGC-Schaltungen muss mit guten analogen Schaltungstechniken übereinstimmen, die mit den kurzen OP-Amp-Eingangspins und kurzen Rückkopplungspfaden zusammenhängen, die beide weit von HF-, IF- oder Hochgeschwindigkeits-digitalen Signalspuren entfernt sein müssen. Ebenso ist eine gute Erdung unerlässlich, und die Stromversorgung des Chips muss gut entkoppelt sein. Wenn es notwendig ist, einen langen Draht am Eingang oder Ausgang zu führen, ist es am besten, am Ausgang zu gehen. Normalerweise ist die Impedanz des Ausgangsenden viel niedriger und es ist nicht einfach, Rauschen zu induzieren. Generell gilt: Je höher der Signalpegel, desto einfacher ist es, Rauschen in andere Schaltkreise einzuführen.

In allen Leiterplattendesigns, Es ist ein allgemeines Prinzip, digitale Schaltungen so weit wie möglich von analogen Schaltungen fernzuhalten, und es gilt auch für RFPCB design. Die gemeinsame analoge Masse und die Masse, die zum Abschirmen und Trennen von Signalleitungen verwendet wird, sind in der Regel gleichermaßen wichtig. Das Problem ist, dass ohne Voraussicht und sorgfältige Planung im Voraus, Es gibt sehr wenig, was Sie in diesem Bereich jedes Mal tun können. Daher, in den frühen Stadien des Entwurfs, sorgfältige Planung, Ein durchdachtes Bauteillayout und eine gründliche Layoutauswertung sind sehr wichtig. Durch Fahrlässigkeit verursachte Konstruktionsänderungen können zu einem Entwurf führen, das kurz vor der Fertigstellung steht und neu aufgebaut werden muss. Diese schwerwiegende Folge, verursacht durch Fahrlässigkeit, auf jeden Fall, ist keine gute Sache für Ihre persönliche Karriereentwicklung.