Leiterplattentechnisch - Über HF-Schaltung PCB Design

Um die Schaltungsleistung sicherzustellen, sollte EMV im PCB-Design von HF-Schaltungen berücksichtigt werden, so dass das Verdrahtungsprinzip von Komponenten diskutiert wird, um den Zweck der EMV zu erreichen.

Mit der Entwicklung der Kommunikationstechnologie wird die tragbare drahtlose HF-Schaltungstechnologie immer häufiger verwendet, wie drahtloser Pager, Mobiltelefon, drahtloser PDA usw. der Leistungsindex der HF-Schaltung beeinflusst direkt die Qualität des gesamten Produkts. Eines der größten Merkmale dieser Handheld-Produkte ist Miniaturisierung, was bedeutet, dass die Dichte der Komponenten sehr hoch ist, was die gegenseitige Interferenz von Komponenten (einschließlich SMD, SMC, Bare Chip, etc.) sehr prominent macht. Wenn das elektromagnetische Störsignal nicht richtig behandelt wird, funktioniert das gesamte Schaltungssystem möglicherweise nicht normal. Daher ist die Vermeidung und Unterdrückung elektromagnetischer Störungen und die Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit zu einem sehr wichtigen Thema bei der Gestaltung von HF-Schaltungsplatinen geworden. Die Leistungsindizes derselben Schaltung und verschiedener PCB-Designstrukturen variieren stark. In dieser Diskussion, wenn Protel99 se Software verwendet, um die HF-Schaltungsplatine von Handheld-Produkten zu entwerfen, wenn der Leistungsindex der Schaltung im größten Umfang realisiert wird, um die Anforderungen der elektromagnetischen Verträglichkeit zu erfüllen.

1 Auswahl der HF-Leiterplatte

Die Substrate der HF-Schaltungsplatine umfassen organisch und anorganisch. Die wichtigste Eigenschaft im Substrat ist die dielektrische Konstante ε r. Dissipationsfaktor (oder dielektrischer Verlust) Tan δ, Koeffizient der Wärmeausdehnung CET und Feuchtigkeitsaufnahme. Unter ε R beeinflusst die Schaltungsimpedanz und Signalübertragungsrate. Für Hochfrequenzschaltungen ist die dielektrische Konstantentoleranz der wichtigste zu berücksichtigende Faktor, und das Substrat mit geringer dielektrischer Konstantentoleranz sollte ausgewählt werden.

2 Design Flow der HF Schaltung PCB

Da sich die Verwendung von Protel99 se Software von Protel 98 und anderer Software unterscheidet, wird erstens der Prozess des Leiterplattendesigns mit Protel99 se Software kurz diskutiert.

1. Da Protel99 se Projektdatenbankmodus-Management übernimmt, was unter Windows 99 implizit ist, sollte zuerst eine Datenbankdatei erstellt werden, um das entworfene Schaltplan-Diagramm und PCB-Layout zu verwalten.

2. Schematische Gestaltung. Um eine Netzwerkverbindung zu realisieren, müssen die verwendeten Komponenten während des Prinzipiendesigns in der Komponentenbibliothek vorhanden sein. Andernfalls werden die erforderlichen Komponenten in schlib angefertigt und in der Datei gespeichert.

Dann müssen wir nur noch die benötigten Komponenten aus der Komponentenbibliothek aufrufen und entsprechend dem entworfenen Schaltplan anschließen.

3. Nachdem der schematische Entwurf abgeschlossen ist, kann eine Netzwerktabelle für PCB-Design gebildet werden.

4. PCB Design. a. Bestimmung der Leiterplattenform und -größe. Die Form und Größe der Leiterplatte werden entsprechend der Position der Leiterplatte im Produkt, der Größe und Form des Raumes und der Zusammenarbeit mit anderen Komponenten bestimmt. Verwenden Sie auf der mechanischen Schicht den Befehl "place track", um die Form der Leiterplatte zu zeichnen. b. Entsprechend den Anforderungen von SMT, machen Sie Positionierlöcher, Sichtgläser, Referenzpunkte usw. auf Leiterplatte. c. Herstellung von Bauteilen. Wenn Sie spezielle Komponenten verwenden müssen, die nicht in der Komponentenbibliothek vorhanden sind, müssen Sie Komponenten vor dem Layout erstellen. Der Prozess der Herstellung von Komponenten in Protel99 se ist relativ einfach. Wählen Sie den Befehl "Bibliothek erstellen" im Menü "Design", um das Fenster zur Bauteilerstellung zu öffnen, und wählen Sie dann den Befehl "Neue Komponente" im Menü "Werkzeug" aus, um Komponenten zu entwerfen. Zu diesem Zeitpunkt, entsprechend der Form und Größe der tatsächlichen Komponenten, zeichnen Sie die entsprechenden Pads an einer bestimmten Position auf der obersten Schicht mit dem Befehl der Platzierung Pad und bearbeiten Sie sie in die erforderlichen Pads (einschließlich Pad Form, Größe, Innendurchmesser Größe und Winkel, zusätzlich müssen die entsprechenden Pin Namen der Pads markiert werden), und zeichnen Sie dann die maximale Form der Komponenten in der oberen Overlay-Schicht mit dem Befehl der Ortsbahn, nehmen Sie einen Komponentennamen und speichern Sie ihn in der Komponentenbibliothek. d. Nachdem die Komponenten hergestellt sind, werden das Layout und die Verdrahtung durchgeführt. Diese beiden Teile werden im Folgenden ausführlich erörtert. e. Die Inspektion muss nach Abschluss des oben genannten Verfahrens durchgeführt werden. Zum einen beinhaltet es die Inspektion des Schaltungsprinzips. Andererseits muss es auch die Abstimmungs- und Montageprobleme zwischen ihnen überprüfen. Das Schaltungsprinzip kann manuell oder automatisch durch Netzwerk überprüft werden (das Netzwerk, das durch schematisches Diagramm gebildet wird, kann mit dem Netzwerk verglichen werden, das durch PCB gebildet wird). f. Nach Prüfung, Archivierung und Ausgabe der Dokumente. In Protel99 se müssen Sie den Befehl "export" in der Option "file" verwenden, um Dateien im angegebenen Pfad und in der angegebenen Datei zu speichern (der Befehl "import" ruft eine Datei in Protel99 SE auf). Hinweis: Nachdem der Befehl "Kopie speichern unter..." in der Option "Datei" in Protel99 se ausgeführt wurde, ist der gewählte Dateiname in Windows 98 nicht sichtbar, so dass die Datei im Explorer nicht angezeigt werden kann. Dies ist nicht genau dasselbe wie die Funktion "Speichern unter..." in Protel 98.

3-Layout von HF-Schaltungs-Leiterplattenkomponenten

Da SMT im Allgemeinen Infrarot-Ofen-Wärmeflussschweißen verwendet, um das Schweißen von Komponenten zu realisieren, beeinflusst das Layout der Komponenten die Qualität der Lötstellen und dann die Ausbeute der Produkte. Für das PCB-Design von HF-Schaltungen erfordert die elektromagnetische Verträglichkeit, dass jedes Schaltungsmodul keine elektromagnetische Strahlung so weit wie möglich erzeugt und eine bestimmte anti-elektromagnetische Störfähigkeit aufweist. Daher wirkt sich das Layout von Komponenten auch direkt auf die Stör- und Störschutzfähigkeit der Schaltung selbst aus, die auch direkt mit der Leistung der entworfenen Schaltung zusammenhängt. Daher ist es beim PCB-Design der HF-Schaltung neben dem Layout des gewöhnlichen PCB-Designs auch notwendig, zu überlegen, wie die gegenseitige Interferenz zwischen verschiedenen Teilen der HF-Schaltung reduziert werden kann, wie die Interferenz der Schaltung selbst auf andere Schaltungen und die Interferenz-Fähigkeit der Schaltung selbst reduziert werden kann. Erfahrungsgemäß hängt die Wirkung der HF-Schaltung nicht nur vom Leistungsindex der HF-Schaltung selbst ab, sondern auch von der Interaktion mit der CPU-Verarbeitungsplatine. Daher ist ein vernünftiges Layout im PCB-Design besonders wichtig.

Allgemeines Prinzip des PCB-Layouts des HF-Schaltkreises: Komponenten müssen so weit wie möglich in die gleiche Richtung angeordnet sein, und schlechtes Schweißen soll reduziert oder sogar vermieden werden, indem die Richtung gewählt wird, in der PCB in das Zinnschmelzsystem eintritt; Erfahrungsgemäß muss der Abstand zwischen Komponenten mindestens 0,5mm betragen, um die Zinnschmelzanforderungen von Komponenten zu erfüllen. Wenn der Platz der Leiterplatte es zulässt, muss der Abstand zwischen den Komponenten so groß wie möglich sein. Bei doppelseitigen Leiterplatten sind SMD- und SMC-Bauteile auf der einen Seite und diskrete Bauteile auf der anderen Seite auszulegen.

Im PCB-Layout der HF-Schaltung ist Folgendes zu beachten:

Bestimmen Sie zunächst die Position von Schnittstellenkomponenten mit anderen Leiterplatten oder Systemen auf der Leiterplatte und achten Sie auf die Koordination zwischen Schnittstellenkomponenten (wie z. B. die Richtung der Komponenten).

Da das Volumen der Handheld-Produkte sehr klein ist und die Anordnung der Komponenten sehr kompakt ist, muss den Komponenten mit großem Volumen Priorität eingeräumt werden, die entsprechende Position bestimmen und die Zusammenarbeit zwischen ihnen berücksichtigen.

Analysieren Sie sorgfältig die Schaltungsstruktur, blockieren Sie die Schaltung (wie Hochfrequenz-Verstärkungsschaltung, Mischschaltung und Demodulationsschaltung), trennen Sie das Starkstromsignal und das Schwachstromsignal soweit wie möglich und trennen Sie die digitale Signalschaltung und die analoge Signalschaltung. Die Schaltungen, die dieselbe Funktion erfüllen, sollten so weit wie möglich innerhalb eines bestimmten Bereichs angeordnet sein, um den Bereich der Signalschleife zu verringern; Das Filternetzwerk jedes Teils des Stromkreises muss in der Nähe angeschlossen werden, was nicht nur die Strahlung reduzieren kann, sondern auch die Wahrscheinlichkeit von Interferenzen entsprechend der Interferenzfähigkeit des Stromkreises verringern kann.

Die Geräteschaltungen sind nach ihrer Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischer Verträglichkeit im Einsatz gruppiert. Bei den Komponenten in dem leicht gestörten Teil der Schaltung, versuchen Sie, die Störquelle (wie die Interferenz der CPU auf der Datenverarbeitungsplatte) zu vermeiden.

4-Verdrahtung der HF-Schaltung PCB

Nachdem das Layout der Komponenten grundsätzlich abgeschlossen ist, kann die Verkabelung gestartet werden. Das Grundprinzip der Verdrahtung ist: Wenn die Baugruppendichte es zulässt, muss das Verdrahtungsdesign mit geringer Dichte so weit wie möglich ausgewählt werden, und die Signalführung muss so weit wie möglich konsistent sein, was der Impedanzanpassung förderlich ist.

Bei HF-Schaltungen kann das unangemessene Design von Signalleitungsrichtung, -breite und -abstand Kreuzstörungen zwischen Signalübertragungsleitungen verursachen; Darüber hinaus hat das Systemnetzteil selbst auch Rauschstörungen, so dass wir beim Entwurf der HF-Schaltungsplatine umfassend berücksichtigen und vernünftigerweise routen müssen.

Während der Verdrahtung muss die gesamte Verdrahtung vom Rahmen der Leiterplatte entfernt sein (etwa 2mm), um Drahtbruch oder versteckte Gefahr des Drahtbruchs während der Leiterplattenherstellung zu vermeiden.Die Stromleitung muss so breit wie möglich sein, um den Schleifenwiderstand zu reduzieren. Gleichzeitig muss die Richtung der Stromleitung und des Erdungskabels mit der Richtung der Datenübertragung übereinstimmen, um die Störfestigkeit zu verbessern; Die Signalleitung muss so kurz wie möglich sein und die Anzahl der Durchgänge ist zu minimieren; Je kürzer die Verbindung zwischen Komponenten, desto besser, um die verteilten Parameter und gegenseitige elektromagnetische Störungen zu reduzieren; Inkompatible Signalleitungen sind voneinander fernzuhalten und parallele Leitungen so weit wie möglich zu vermeiden, während Signalleitungen auf beiden Seiten der positiven Richtung senkrecht zueinander stehen müssen; Bei der Verdrahtung sollte die Adressseite, die eine Ecke erfordert, 135° betragen, um zu vermeiden, dass rechte Winkel gedreht werden.

Während der Verdrahtung sollte die direkt mit dem Pad verbundene Leitung nicht zu breit sein, und die Verdrahtung sollte so weit wie möglich von nicht verbundenen Komponenten entfernt sein, um Kurzschluss zu vermeiden; Durchstechflaschen dürfen nicht auf Bauteilen lackiert werden und müssen so weit wie möglich von nicht verbundenen Bauteilen ferngehalten werden, um Fehlschweißen, kontinuierliches Schweißen, Kurzschluss und andere Phänomene in der Produktion zu vermeiden.

Beim PCB-Design von HF-Schaltungen ist die korrekte Verdrahtung von Stromleitung und Erdungsleitung besonders wichtig. Ein vernünftiges Design ist das wichtigste Mittel, um elektromagnetische Störungen zu überwinden. Eine beträchtliche Anzahl von Störquellen auf der Leiterplatte wird durch Stromversorgung und Erdungskabel erzeugt, unter denen der Erdungskabel die meisten Störstörungen verursacht.

Der Hauptgrund, warum der Erdungskabel leicht elektromagnetische Störungen bilden kann, ist die Impedanz des Erdungskabels. Wenn ein Strom durch den Erdungskabel fließt, wird eine Spannung auf dem Erdungskabel erzeugt, was zu dem Schleifenstrom des Erdungskabels und der Schleifenstörung des Erdungskabels führt. Wenn mehrere Schaltkreise einen Abschnitt des Massedrahts teilen, wird eine gemeinsame Impedanzkupplung gebildet, die zu dem sogenannten Massedraht-Rauschen führt. Daher sollten Sie beim Verdrahten des Erdungskabels der HF-Schaltungsplatine:

Erstens ist die Schaltung in Blöcke unterteilt. Die HF-Schaltung kann grundsätzlich in Hochfrequenz-Verstärkung, Mischen, Demodulation, lokalen Oszillator und andere Teile unterteilt werden. Es ist notwendig, einen gemeinsamen potenziellen Bezugspunkt für jedes Schaltungsmodul, das heißt den Erdungskabel jeder Modulschaltung, bereitzustellen, damit das Signal zwischen verschiedenen Schaltungsmodulen übertragen werden kann. Dann wird zusammengefasst, wo die HF-Schaltungsplatine mit dem Erdungskabel verbunden ist, das heißt, es wird in dem allgemeinen Erdungskabel zusammengefasst. Da es nur einen Bezugspunkt gibt, gibt es keine gemeinsame Impedanzkopplung, so dass es kein Problem der gegenseitigen Interferenz gibt.

Der digitale Bereich muss so weit wie möglich vom analogen Bereich isoliert werden, und die digitale Masse muss von der analogen Masse getrennt und schließlich mit der Stromerde verbunden werden.

Der Erdungskabel innerhalb jedes Teils der Schaltung muss auch auf das Prinzip der Einpunkterdung achten, den Signalschleifenbereich minimieren und mit der Adresse des entsprechenden Filterkreises in der Nähe verbinden.

Wenn der Platz es zulässt, ist es besser, jedes Modul mit Erdungskabel zu isolieren, um gegenseitigen Signalkopplungseffekt zu verhindern.

5 Abschluss der HF-Schaltung PCB

Der Schlüssel des HF-Schaltungsplattendesigns ist, wie man die Strahlungsfähigkeit reduziert und wie man die Störfestigkeit verbessert. Angemessenes Layout und Verdrahtung ist die Garantie für HF-Schaltungsplatinendesign. Die in diesem Papier beschriebene Methode ist hilfreich, um die Zuverlässigkeit des HF-Schaltungsplattendesigns zu verbessern, das Problem der elektromagnetischen Störung zu lösen und dann den Zweck der elektromagnetischen Verträglichkeit zu erreichen.