Noticias de PCB - ¿¿ cómo coexisten armoniosamente los circuitos de radiofrecuencia y los circuitos digitales en el mismo pcb?

¿¿ cómo coexisten armoniosamente los circuitos de radiofrecuencia y los circuitos digitales en el mismo pcb? Los equipos de radiofrecuencia de un solo chip han promovido enormemente la aplicación en el campo de la comunicación inalámbrica dentro de un cierto rango. Al combinar un Microcontrolador y una antena adecuados con un dispositivo transceptor, se puede formar un enlace de comunicación inalámbrica completo. Pueden integrarse en una pequeña placa de circuito y utilizarse en muchos campos, como sistemas inalámbricos de transmisión de datos de audio y video digital, sistemas inalámbricos de control remoto y telemetría, sistemas inalámbricos de adquisición de datos, redes inalámbricas y sistemas de Seguridad inalámbrica.

1 posibles contradicciones entre circuitos digitales y analógicos

Si los circuitos analógicos (rf) y digitales (microcontroladores) funcionan por separado, pueden funcionar bien, pero una vez que los dos se colocan en la misma placa de circuito y trabajan juntos con la misma fuente de alimentación, es probable que todo el sistema sea inestable. Esto se debe principalmente a que las señales digitales a menudo oscilan entre el suelo y la fuente de alimentación positiva (tamaño 3v) y el ciclo es muy corto, generalmente en el nivel ns. Debido a la mayor amplitud y el menor tiempo de conmutación, estas señales digitales contienen un gran número de componentes de alta frecuencia independientes de la frecuencia de conmutación. En la parte analógica, la señal enviada desde el bucle de ajuste de la antena a la parte receptora del dispositivo inalámbrico suele ser inferior a 1 Lambda V. Por lo tanto, la diferencia entre la señal digital y la señal de radiofrecuencia alcanzará los 10 - 6 (120db). Obviamente, si la señal digital y la señal de radiofrecuencia no se pueden separar bien, la señal de radiofrecuencia débil puede ser destruida. De esta manera, el rendimiento operativo del dispositivo inalámbrico se deteriorará o incluso no funcionará en absoluto.

2 preguntas frecuentes sobre circuitos de radiofrecuencia y circuitos digitales en el mismo PCB

El aislamiento insuficiente de las líneas sensibles y las líneas de señal de ruido es un problema común. Como se mencionó anteriormente, la señal digital tiene una alta oscilación y contiene una gran cantidad de armónicos de alta frecuencia. Si el cableado de la señal digital en el tablero de PCB es adyacente a la señal analógica sensible, puede acoplarse a armónicos de alta frecuencia. Los nodos más sensibles de los equipos de radiofrecuencia suelen ser los circuitos de filtro de bucle del bucle de bloqueo de fase (pll), los inductores de osciladores de control de tensión externa (vco), las señales de referencia de cristal y los terminales de antena. Se debe tener especial cuidado con estos componentes del circuito.

(1) ruido de la fuente de alimentación

Debido a que el swing de la señal de entrada / salida es de unos pocos v, los circuitos digitales generalmente se pueden utilizar para el ruido de la fuente de alimentación (menos de 50 mv). Los circuitos analógicos son muy sensibles al ruido de la fuente de alimentación, especialmente al voltaje de Burr y otros armónicos de alta frecuencia. Por lo tanto, el cableado del cable de alimentación en el PCB que contiene circuitos de radiofrecuencia (u otros analógicos) debe ser más cuidadoso que el cableado en placas de circuito digitales ordinarias y se debe evitar el cableado automático. Al mismo tiempo, hay que tener en cuenta que el Microcontrolador (u otros circuitos digitales) absorberá repentinamente la mayor parte de la corriente durante un corto período de tiempo dentro de cada ciclo de reloj interno. Esto se debe a que los microcontroladores modernos están diseñados con tecnología cmos. Por lo tanto, suponiendo que el Microcontrolador funcione con una frecuencia de reloj interno de 1 mhz, extraerá (pulso) corriente de la fuente de alimentación con esa frecuencia. Si no se toman las medidas adecuadas de desacoplamiento de la fuente de alimentación, inevitablemente se producirá una falla de voltaje en la línea de energía. Si estas rebajas de voltaje llegan al pin de alimentación de la parte de radiofrecuencia del circuito, en casos graves pueden causar una falla de funcionamiento. Por lo tanto, es necesario garantizar la separación de las líneas de alimentación analógicas de las áreas de los circuitos digitales.

(2) el cable de tierra no es razonable

La placa de circuito de radiofrecuencia siempre debe tener una formación de tierra conectada al polo negativo de la fuente de alimentación. Si no se maneja adecuadamente, puede haber algunos fenómenos extraños. Esto puede ser difícil de entender para los diseñadores de circuitos digitales, ya que la mayoría de las funciones de los circuitos digitales se pueden ejecutar bien incluso sin un plano de tierra. En la banda de radiofrecuencia, incluso un cable corto actuará como inductor. Aproximadamente, la inducción por milímetro de longitud es de aproximadamente 1nh, y la inducción del circuito PCB de 10 mm a 434 MHz es de aproximadamente 27 islas. Si no se utiliza la capa de tierra, la mayoría de los cables de tierra serán más largos y el circuito no garantizará las características de diseño.

(3) radiación de la antena a otros componentes analógicos

Esto a menudo se pasa por alto en circuitos que incluyen radiofrecuencias y otras partes. Además de la parte de radiofrecuencia, generalmente hay otros circuitos analógicos en la placa. Por ejemplo, muchos microcontroladores tienen un convertidor analógico - digital incorporado (adc) para medir la entrada analógica y el voltaje de la batería u otros parámetros. Si la antena del transmisor de radiofrecuencia se encuentra cerca del PCB (o en el pcb), la señal de alta frecuencia emitida puede llegar a la entrada analógica del adc. No olvides que cualquier línea de circuito puede transmitir o recibir señales de radiofrecuencia como una antena. Si el terminal de entrada del ADC no se procesa correctamente, la señal de radiofrecuencia puede estimularse a sí misma en el Semiconductor ESM introducido por el adc, lo que resulta en un desplazamiento del adc.

3 soluciones para circuitos de radiofrecuencia y circuitos digitales en el mismo PCB

A continuación se dan algunas estrategias generales de diseño y cableado en la mayoría de las aplicaciones de radiofrecuencia. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, es más importante seguir las recomendaciones de enrutamiento de los dispositivos rf.

(1) plano de tierra confiable

Al diseñar un PCB con componentes de radiofrecuencia, siempre se debe utilizar un plano de tierra confiable. El objetivo es establecer un punto potencial de 0v efectivo en el circuito para que todos los dispositivos puedan desacoplarse fácilmente. El terminal 0v de la fuente de alimentación debe conectarse directamente a este plano de tierra. Debido a la baja resistencia del plano de tierra, no habrá acoplamiento de señal entre los dos nodos que ya están desacoplados. Es muy importante que la amplitud de varias señales en el tablero pueda diferir en 120db. En el PCB instalado en la superficie, todos los cables de señal están en el mismo lado de la superficie de montaje del componente, y la formación de tierra está en el lado opuesto. El plano de tierra ideal debe cubrir todo el PCB (excepto debajo del PCB de la antena). Si se utilizan PCB con más de dos capas, la formación de puesta a tierra debe colocarse en una capa adyacente a la capa de señal (por ejemplo, debajo de la superficie del componente). Otra buena manera es llenar la parte libre de la capa de cableado de señal con un plano de tierra. Estos planos de tierra deben estar conectados al plano principal de tierra a través de varios agujeros. Hay que tener en cuenta que la presencia de un punto de tierra puede provocar cambios en las características de la inducción cercana, por lo que se debe considerar cuidadosamente la selección del valor de la inducción y la colocación de la inducción.

(2) acortar la distancia de conexión con el plano de tierra

Todas las conexiones al plano de tierra deben ser lo más cortas posible y el agujero de paso de tierra debe colocarse (o muy cerca) de la almohadilla del componente. No permita que dos señales de tierra compartan una tierra. Esto puede causar conversaciones cruzadas entre las dos almohadillas debido a la resistencia de conexión a través del agujero.

(3) desacoplamiento por radiofrecuencia

Los condensadores de desacoplamiento deben colocarse lo más cerca posible de los pines y deben utilizarse condensadores para desacoplarse en cada uno de los pines que requieran desacoplamiento. Con Condensadores cerámicos de alta calidad, el mejor tipo de dieléctrico es "npo". El "x7r" también funciona bien en la mayoría de las aplicaciones. La selección ideal de los valores de los condensadores debe hacer que la resonancia en serie sea igual a la frecuencia de la señal. Por ejemplo, a 434 mhz, los condensadores de 100 PF con SMD instalados funcionarán bien. A esta frecuencia, la resistencia capacitiva del capacitor es de aproximadamente 4 islas, y la resistencia inductiva a través del agujero también está en el mismo rango. Los condensadores en serie y los filtros de trampa que forman la frecuencia de la señal a través del agujero pueden desacoplarse eficazmente. A 868 mhz, los condensadores 33pf son una opción ideal. Además de los condensadores de pequeño valor para el desacoplamiento por radiofrecuencia, también se debe colocar un condensadores de gran valor en la línea de alimentación para desacoplar las frecuencias bajas. Puede elegir cerámica de 2,2 ° F o condensadores de tantalio de 10 ° f.

(4) cableado en forma de estrella de alimentación

El cableado en forma de estrella es una tecnología conocida en el diseño de circuitos analógicos (como se muestra en la figura 1). Cada módulo de la placa de circuito de cableado en forma de estrella tiene su propio cable de alimentación, que proviene del punto de alimentación pública. En este caso, el cableado en forma de estrella significa que la parte digital y la parte de radiofrecuencia del circuito deben tener sus propios cables de alimentación, y estos cables de alimentación deben desacoplarse por separado cerca del ic. Esta es una forma eficaz de separar el ruido de la fuente de alimentación de la parte digital de la parte rf. Si los módulos con ruido severo se colocan en la misma placa de circuito, se pueden conectar en serie inductores (cuentas magnéticas) o resistencias de pequeña resistencia (10 islas) entre el cable de alimentación y el módulo, y se debe utilizar un capacitor de tantalio de al menos 10 islas F para desacoplar la fuente de alimentación de estos módulos. Tales módulos son el conductor RS 232 o el regulador de alimentación del interruptor.

(5) organizar racionalmente el diseño de PCB

Para reducir la interferencia del módulo de ruido y los componentes analógicos circundantes, el diseño de cada módulo de circuito en la placa es importante. Mantenga siempre alejados los módulos sensibles (componentes y antenas de radiofrecuencia) de los módulos de ruido (microcontroladores y unidades RS 232) para evitar interferencias.

(6) el efecto del blindaje de la señal de radiofrecuencia en otros componentes analógicos

Como se mencionó anteriormente, la señal RF interfiere con otros módulos de circuitos analógicos sensibles como ADC cuando se envía. La mayoría de los problemas se producen en bandas de trabajo más bajas (como 27 mhz) y niveles de salida de alta potencia. Es una buena práctica de diseño poner a tierra el capacitor de desacoplamiento de radiofrecuencia (100pf) para desacoplar los puntos sensibles.

(7) precauciones especiales para antenas circulares a bordo

La antena se puede integrar en el pcb. En comparación con la antena de látigo tradicional, no solo ahorra espacio y costos de producción, sino que también es más estable y confiable en el mecanismo. Tradicionalmente, el diseño de antenas circulares se ha aplicado a un ancho de banda relativamente estrecho, lo que ayuda a suprimir señales fuertes no deseadas y, por lo tanto, no interfiere con el receptor. Hay que tener en cuenta que las antenas circulares (como todas las demás) pueden recibir ruido acoplado capacitivamente por líneas de señal de ruido cercanas. Interfiere con el receptor y también puede afectar la modulación del transmisor. Por lo tanto, no debe colocar líneas de señal digital cerca de la antena, se recomienda mantener espacio libre alrededor de la antena. Cualquier objeto cercano a la antena formará parte de la red de sintonía, lo que provocará que el ajuste de la antena se desvíe del punto de frecuencia deseado y reduzca el rango de radiación emitida y recibida (distancia). Para todos los tipos de antenas, hay que tener cuidado de que la carcasa de la placa de circuito (embalaje exterior) también pueda afectar el ajuste de la antena. Al mismo tiempo, se debe prestar atención a retirar el plano de tierra del área de la antena, de lo contrario la antena no puede funcionar eficazmente. (8) la conexión de la placa de circuito debe utilizar un cable de par trenzado si se utiliza un cable para conectar la placa de circuito de radiofrecuencia a un circuito digital externo. Cada línea de señal debe encadenarse con la línea gnd (din / gnd, dout / gnd, CS / gnd, PWR up / gnd). Recuerde conectar la placa de circuito de radiofrecuencia y la placa de circuito de aplicación digital con el cable gnd del par trenzado, y la longitud del cable debe ser lo más corta posible. Los circuitos que suministran energía a las placas de circuito de radiofrecuencia también deben encadenarse con gnd (vd / gnd).