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Diseño de placas de circuito de radiofrecuencia y experiencia
El diseño exitoso de PCB de radiofrecuencia debe prestar mucha atención a cada paso y detalle durante todo el proceso de diseño, lo que significa que al principio del diseño se debe planificar a fondo y cuidadosamente, y el progreso de cada paso de diseño debe evaluarse de manera integral y continua. Esta meticulosa técnica de diseño es lo que la mayoría de la cultura corporativa electrónica nacional carece.
En los últimos años, debido a la demanda y el crecimiento de dispositivos bluetooth, dispositivos de red local inalámbrica (wlan) y teléfonos móviles, los operadores han prestado cada vez más atención a las habilidades de diseño de circuitos de radiofrecuencia. Desde el pasado hasta el presente, el diseño de las placas de circuito de radiofrecuencia, al igual que la interferencia electromagnética, ha sido la parte más difícil de controlar para los ingenieros e incluso una pesadilla. Si quieres tener éxito en el diseño a la vez, debes planificar cuidadosamente con antelación y prestar atención a los detalles.
El diseño de placas de circuito de radiofrecuencia (rf) se describe generalmente como "arte negro" porque en teoría hay muchas incertidumbres. Sin embargo, este es solo un punto de vista parcialmente cubierto. En el diseño de las placas de circuito de radiofrecuencia, todavía hay muchas reglas a seguir. Sin embargo, en el diseño real, la verdadera técnica práctica es cómo comprometerse cuando estas leyes no se pueden aplicar debido a diversas restricciones. Los temas importantes del diseño de radiofrecuencia incluyen emparejamiento de impedancias e impedancias, materiales de capa aislante y laminados, ondas armoniosas de longitud de onda, etc. este artículo se centrará en varios problemas relacionados con el diseño de zonificación de placas de circuito de radiofrecuencia.
Tipo de microporos
Los circuitos con diferentes propiedades en la placa de circuito impreso deben separarse, pero deben conectarse en las mejores condiciones sin interferencia electromagnética, lo que requiere el uso de microporos. Por lo general, los microporos tienen un diámetro de 0,05 mm a 0,20 mm. estos microporos suelen dividirse en tres categorías, a saber, a través ciego, a través enterrada y a través. Los agujeros ciegos se encuentran en la parte superior e inferior de la placa de circuito impreso y tienen cierta profundidad. Se utiliza para la conexión entre el circuito superficial y el circuito interno inferior. La profundidad del agujero generalmente no supera una cierta proporción (diámetro del agujero). El agujero enterrado se refiere al agujero de conexión ubicado en la capa interior de la placa de circuito impreso y no se extenderá a la superficie de la placa de circuito impreso. Los dos tipos de agujeros anteriores se encuentran en la capa interior de la placa de circuito. Se completan mediante un proceso de formación de agujeros antes de laminarse. En el proceso de formación del agujero, varias capas interiores se pueden superponer. El tercero se llama a través del agujero, que atraviesa toda la placa de circuito y se puede utilizar para lograr la interconexión interna o como un agujero de posicionamiento pegado para el componente.
Uso de la tecnología de zonificación
Al diseñar la placa de circuito de radiofrecuencia, el amplificador de radiofrecuencia de alta potencia (hpa) y el amplificador de bajo ruido (lna) deben aislarse en la medida de lo posible. En resumen, los circuitos emisores de radiofrecuencia de alta potencia deben mantenerse alejados de los circuitos receptores de bajo ruido. Si hay mucho espacio en el pcb, esto se puede hacer fácilmente. Sin embargo, cuando hay muchos componentes, el espacio de PCB se vuelve muy pequeño, por lo que es difícil de implementar. Puedes colocarlos a ambos lados de los PCB o dejarlos trabajar alternativamente, en lugar de trabajar al mismo tiempo. Los circuitos de alta potencia también pueden incluir amortiguadores de radiofrecuencia y osciladores controlados por tensión (vco).
Las zonas de diseño se pueden dividir en zonas físicas y zonas eléctricas. La zonificación física implica principalmente el diseño, la orientación y el blindaje de las piezas; Las zonas eléctricas pueden seguir divididas en zonas de distribución, cableado de radiofrecuencia, circuitos y señales sensibles, puesta a tierra, etc.
División física
El diseño de los componentes es la clave para lograr un diseño de radiofrecuencia excelente. La tecnología más eficaz es fijar primero el componente a la ruta de radiofrecuencia y ajustar su dirección para minimizar la longitud de la ruta de radiofrecuencia. Y mantener la entrada de radiofrecuencia alejada de la salida de radiofrecuencia y lo más alejada posible de los circuitos de alta potencia y los circuitos de bajo ruido.
El método de apilamiento de placas de circuito más eficaz es colocar el suelo principal en la segunda capa por debajo de la superficie y caminar por la línea de radiofrecuencia en la superficie tanto como sea posible. Minimizar el tamaño del agujero en la ruta de radiofrecuencia no solo puede reducir la inducción de la ruta, sino también reducir los puntos de soldadura falsos en el suelo principal y reducir las posibilidades de fuga de energía de radiofrecuencia a otras áreas del laminado.
En el espacio físico, un circuito lineal como un amplificador multinivel suele ser suficiente para aislar varias regiones de radiofrecuencia entre sí, pero los duplexores, mezcladores y amplificadores if siempre tienen múltiples señales de radiofrecuencia / si que interfieren entre sí, por lo que este impacto debe minimizarse cuidadosamente. El cableado de radiofrecuencia y frecuencia intermedia debe cruzarse en la medida de lo posible y la zona de puesta a tierra debe separarse entre ellos en la medida de lo posible. La ruta de radiofrecuencia correcta es muy importante para el rendimiento de todo el pcb, por lo que el diseño de componentes suele ocupar la mayor parte del tiempo en el diseño del PCB del teléfono móvil.
En el PCB del teléfono móvil, generalmente se pueden colocar circuitos de amplificadores de bajo ruido en un lado del pcb, amplificadores de alta potencia en el otro lado y, finalmente, conectarlos a un extremo de la antena RF del mismo lado y al otro extremo del procesador de Banda base a través de duplexores. Esto requiere algunas habilidades para garantizar que la energía de radiofrecuencia no se transfiera de un lado a otro de la placa a través del agujero. La técnica común es el uso de agujeros ciegos en ambos lados. Al colocar los agujeros ciegos en una zona a ambos lados del PCB libre de interferencias de radiofrecuencia, se pueden minimizar los efectos adversos del paso de los agujeros.
Escudos metálicos
A veces es imposible mantener un intervalo suficiente entre varios bloques de circuitos. En este caso, se debe considerar el uso de blindaje metálico para bloquear la energía de radiofrecuencia en la zona de radiofrecuencia, pero el blindaje metálico también tiene efectos secundarios, como altos costos de fabricación de PCB y costos de montaje de pcb.
El blindaje metálico irregular es difícil de garantizar la alta precisión de la fabricación, y el blindaje metálico rectangular o cuadrado limita la disposición de las piezas; El blindaje metálico no es propicio para el reemplazo de componentes y el desplazamiento de fallas; Debido a que el blindaje metálico debe soldarse al suelo y debe mantenerse a una distancia adecuada de los componentes, es necesario ocupar un valioso espacio de pcb.
Es muy importante garantizar la integridad del blindaje metálico en la medida de lo posible, por lo que las líneas de señal digital que entran en el blindaje metálico deben pasar por la capa interior en la medida de lo posible, preferiblemente estableciendo la siguiente capa de la capa de la línea de señal como una formación de tierra. El cable de señal de radiofrecuencia se puede conectar desde una pequeña brecha en la parte inferior del blindaje metálico y una capa de cableado en la brecha de puesta a tierra, pero la periferia de la brecha debe estar rodeada de una gran área de puesta a tierra en la medida de lo posible. La puesta a tierra en diferentes capas de señal se puede conectar a través de múltiples agujeros S.
A pesar de estas deficiencias, el blindaje metálico sigue siendo muy eficaz y suele ser la única solución para aislar circuitos críticos.
Circuito de desacoplamiento de la fuente de alimentación
Además, un circuito de desacoplamiento de potencia de chip adecuado y eficaz también es muy importante. Muchos chips de radiofrecuencia integrados con líneas lineales son muy sensibles al ruido de la fuente de alimentación. Por lo general, cada chip requiere un máximo de cuatro condensadores y un inductor de aislamiento para filtrar todo el ruido de la fuente de alimentación.
El capacitor mínimo suele depender de la frecuencia de resonancia y la inducción del pin del propio capacitor, y el valor del C4 se selecciona en consecuencia. Los valores de C3 y C2 son relativamente grandes debido a su propia inducción de pin, por lo que el efecto de desacoplamiento de radiofrecuencia es pobre, pero es más adecuado para filtrar señales de ruido de baja frecuencia. El desacoplamiento de radiofrecuencia se realiza por el inductor l1, lo que impide que la señal de radiofrecuencia se acople al chip desde el cable de alimentación. Dado que todo el cableado es una antena potencial que puede recibir y enviar señales de radiofrecuencia, es necesario aislar las señales de radiofrecuencia de las líneas y componentes clave.
La ubicación física de estos componentes de desacoplamiento también suele ser crucial. El principio de diseño de estos componentes importantes es que el C4 debe estar lo más cerca posible del pin IC y conectado a tierra, el C3 debe estar lo más cerca posible del c4, el C2 debe estar lo más cerca posible del C3 y la ruta de conexión entre el pin IC y el C4 debe ser lo más corta posible. Los terminales de tierra de estos componentes (especialmente el c4) deben conectarse generalmente a los pines de tierra del chip a través de la primera formación de tierra debajo de la placa. El agujero a través del cual se conecta el componente al plano de tierra debe estar lo más cerca posible de la almohadilla del componente en el pcb. Es mejor utilizar agujeros ciegos perforados en la almohadilla para minimizar la inducción de la línea de conexión, que debe estar cerca de c1.
Los circuitos integrados o amplificadores suelen tener una salida abierta del coleccionista, por lo que es necesario tirar de la bobina de inducción para proporcionar una carga de radiofrecuencia de alta resistencia y una fuente de alimentación de corriente continua de baja resistencia. El mismo principio se aplica a la desvinculación del extremo de alimentación del inductor. Algunos chips requieren múltiples fuentes de alimentación para funcionar, por lo que pueden requerir de dos o tres grupos de condensadores e inductores para desacoplarse por separado. Si no hay suficiente espacio alrededor del chip, el efecto de desacoplamiento puede ser pobre.
En particular, hay que tener en cuenta que los inductores rara vez están conectados en paralelo, ya que esto formará transformadores huecos e inducirá señales de interferencia entre sí. Por lo tanto, la distancia entre ellos debe ser al menos igual a la altura de uno de ellos, o colocarse en ángulo recto para minimizar la inducción mutua.
División eléctrica
La División eléctrica es, en principio, la misma que la División física, pero también incluye algunos otros factores. Algunos componentes de los teléfonos móviles modernos utilizan diferentes tensiones de funcionamiento y están controlados por software para prolongar la vida útil de la batería. Esto significa que el teléfono necesita tener múltiples fuentes de alimentación, lo que genera más problemas de aislamiento. La fuente de alimentación suele ser introducida por un conector y desacoplada inmediatamente para filtrar cualquier ruido del exterior de la placa de circuito, que luego se distribuye después de pasar por un grupo de interruptores o reguladores lineales.
En los teléfonos móviles, la corriente continua de la mayoría de los circuitos es muy pequeña, por lo que el ancho del cableado generalmente no es un problema. Sin embargo, la fuente de alimentación del amplificador de alta potencia debe diseñar una línea de alta corriente lo más ancha posible por separado para minimizar la caída de tensión instantánea durante la transmisión. Para evitar una pérdida excesiva de corriente, es necesario utilizar varios agujeros para transmitir la corriente de una capa a otra. Además, si no se puede desacoplar completamente en el pin de alimentación del amplificador de alta potencia, el ruido de alta potencia irradiará toda la placa de circuito impreso y traerá varios problemas. La puesta a tierra de los amplificadores de alta potencia es muy importante y generalmente es necesario diseñar un blindaje metálico para ellos.
