Tecnología de PCB - Diseño de PCB de circuitos de alta frecuencia

Los componentes se están desarrollando hacia la Alta velocidad, el bajo consumo de energía, el pequeño tamaño y la alta resistencia a la interferencia. Esta tendencia de desarrollo plantea muchos requisitos nuevos para el diseño de placas de circuito impreso. El diseño de PCB es una etapa importante en el diseño de productos electrónicos. Después de completar el diseño del esquema eléctrico, se determinan varias placas funcionales de acuerdo con los requisitos estructurales y la División funcional, y se debe determinar el tamaño externo y el método de instalación de cada placa funcional pcb. Considere la conveniencia de la puesta en marcha y el mantenimiento, así como factores como el blindaje, la disipación de calor y el rendimiento emi. Se requiere que los ingenieros determinen el diseño y el esquema de cableado, determinen los detalles y métodos de cableado de los circuitos clave y las líneas de señal, así como los principios de cableado a seguir. Varias etapas del proceso de diseño de PCB deben ser inspeccionadas, analizadas y modificadas. Una vez completado todo el cableado, se puede realizar una inspección exhaustiva de las reglas antes de que pueda ser procesado.

1. Introducción

Durante mucho tiempo, los diseñadores a menudo se han centrado en la verificación de programas, principios eléctricos, redundancia de parámetros, etc., y rara vez en la revisión del diseño de pcb, y a menudo es precisamente debido a los defectos de diseño de PCB que causan un gran número de problemas de rendimiento del producto. Los principios de diseño de los PCB abarcan múltiples aspectos, entre ellos los principios básicos, la antiinterferencia, la compatibilidad electromagnética, la protección de la seguridad, etc. para estos aspectos, especialmente en los circuitos de alta frecuencia (especialmente los circuitos de alta frecuencia de nivel microondas), la falta de conceptos relevantes a menudo conduce al fracaso de todo el proyecto de I + D. Muchos permanecen sobre la base de "conectar principios eléctricos con conductores para desempeñar un papel predeterminado" e incluso creen que "el diseño de PCB es una consideración estructural, de proceso y de mejora de la eficiencia de la producción". muchos ingenieros no son plenamente conscientes en el diseño del producto de que este enlace debe ser un foco especial de todo el trabajo de diseño, gastando erróneamente sus esfuerzos en la selección de componentes de alto rendimiento. Por lo tanto, los costos han aumentado drásticamente y las mejoras de rendimiento han sido mínimas.

2. diseño de PCB de alta velocidad

En la ingeniería de productos, el diseño de PCB ocupa una posición muy importante, especialmente en el diseño eléctrico de alta frecuencia. Hay algunas reglas generales que se considerarán directrices Generales. La aplicación del principio de diseño de PCB y la tecnología del Circuito de alta frecuencia al diseño puede mejorar en gran medida la tasa de éxito del diseño.

(1) principios de diseño de cableado de PCB para circuitos de alta velocidad

1. para minimizar el abanico lógico, es mejor llevar solo una carga.

2. en la medida de lo posible, evite el uso de agujeros a través entre la salida y el extremo receptor de la línea de señal de alta velocidad y evite el cruce de patrones de pin. En particular, la línea de señal del reloj requiere especial atención.

3. las líneas de señal de las capas adyacentes superior e inferior deben ser perpendiculares entre sí para evitar giros en ángulo recto.

4. las resistencias de carga conectadas al extremo paralelo deben estar lo más cerca posible del extremo receptor.

5. para garantizar una reflexión mínima, la longitud de todas las líneas abiertas (o líneas sin terminales coincidentes) debe cumplir con la siguiente fórmula:

Longitud de la ruta abierta de lopen (pulgadas)

Trise - tiempo de subida de la señal (ns)

TPD - retraso en la propagación de la línea (0188ns / in -) según las características de la línea de banda.

El tiempo de subida típico de varios circuitos lógicos de alta velocidad:

6. cuando la longitud del Circuito abierto supere el valor requerido por la fórmula anterior, se utilizará una resistencia de amortiguación en serie y se conectará la resistencia de terminación en serie al pin de salida en la medida de lo posible.

7. asegúrese de que los circuitos analógicos y digitales estén separados. Agnd y dgnd deben estar conectados por inductores o cuentas magnéticas y deben estar lo más cerca posible del convertidor A / D.

8. asegúrese de que la fuente de alimentación tenga suficiente desacoplamiento.

9. es mejor utilizar resistencias y condensadores instalados en la superficie.

(2) derivación y desacoplamiento

1. antes de seleccionar el condensadores de desacoplamiento, primero se calcula el requisito de frecuencia de resonancia para filtrar la corriente de alta frecuencia.

2. por encima de la frecuencia de resonancia automática, el capacitor se convertirá en inductivo y perderá su capacitor de desacoplamiento. Hay que tener en cuenta que algunos circuitos lógicos tienen una energía espectral más alta que la frecuencia de resonancia de los propios condensadores de desacoplamiento públicos.

3. la frecuencia de resonancia del propio recipiente se llama frecuencia de resonancia automática. Si quieres filtrar la alta frecuencia

4. es necesario calcular los valores de condensadores necesarios en función de la energía de radiofrecuencia contenida en el circuito, el tiempo de subida del Circuito de conmutación y el rango de frecuencia de especial atención. No use especulaciones o use de acuerdo con el uso común anterior.

5. calcular la frecuencia de resonancia del plano de tierra y el plano de fuente de alimentación. Los condensadores de desacoplamiento construidos con estos dos planos pueden lograr los mayores beneficios.

6. para los componentes y áreas de alta velocidad con abundante energía de ancho de banda de radiofrecuencia, se deben utilizar varios condensadores en paralelo para eliminar la energía de radiofrecuencia con gran ancho de banda. También se debe tener en cuenta que cuando los condensadores grandes se convierten en inductores a alta frecuencia, los condensadores pequeños mantienen la capacitividad. A una frecuencia específica, forma un circuito de resonancia lc, lo que resulta en una resistencia infinita, perdiendo así por completo la función de derivación. Si esto sucede, el uso de un solo capacitor será más eficaz.

7. coloque condensadores paralelos en los lados de todos los conectores de entrada de energía en la placa de circuito y en los pines de alimentación de los componentes con un tiempo de subida más rápido que 3ns.

8. en la dirección diagonal de los terminales de entrada de la fuente de alimentación del PCB y las llaves inglesas, se utilizarán condensadores de capacidad suficiente para garantizar los cambios de corriente generados al cambiar el circuito. La misma consideración debe darse a los condensadores de desacoplamiento de otros circuitos. Cuanto mayor sea la corriente de trabajo, mayor será el capacitor necesario. Para reducir el pulso de voltaje y corriente y mejorar la estabilidad del sistema. Por lo tanto, los condensadores de desacoplamiento asumen el doble papel de desacoplamiento y seguimiento.

9. si se utilizan demasiados condensadores de desacoplamiento, cuando la fuente de alimentación está conectada, se extrae una gran cantidad de corriente de la fuente de alimentación. por lo tanto, se debe colocar un gran grupo de condensadores en la salida de la fuente de alimentación para proporcionar una gran cantidad de corriente.

(3) transformación de resistencia y coincidencia

1. en los circuitos de baja frecuencia, el concepto de coincidencia es muy importante (para que la resistencia de la carga sea igual a la resistencia interna de la fuente de excitación). En los circuitos de alta frecuencia, la coincidencia de los terminales de la línea de señal es más importante:

Por un lado, se requiere ZL = ZC para garantizar que no haya olas estacionadas a lo largo de la línea; Por otro lado, para obtener la Potencia máxima, se requiere que la entrada de la línea de señal coincida con la fuente de excitación. Por lo tanto, la coincidencia afecta directamente el rendimiento del Circuito de microondas. Visible

Si los terminales no coinciden, habrá reflejos y ondas estacionarias en la línea de señal, lo que provocará una disminución de la Potencia de carga (las ondas estacionarias de alta potencia también producirán chispas en el abdomen de la onda).

Debido a la existencia de ondas reflejadas, puede afectar negativamente a la fuente de excitación, lo que resulta en una disminución de la estabilidad de la frecuencia de trabajo y la Potencia de salida.

Sin embargo, en la práctica, la resistencia de carga dada y la resistencia característica de la línea de señal no son necesariamente las mismas, y la resistencia de la línea de señal y la fuente de excitación no es necesariamente conjugada, por lo que es necesario comprender y aplicar la tecnología de emparejamiento de resistencia.

2. convertidor de resistencia isla / 4

Cuando la longitud de la línea de señalización L = isla / 4, es decir, la isla L = Í / 2, podemos obtener: Zin = zc2 / ZL

La fórmula anterior indica que su resistencia cambiará significativamente después de la modificación de la línea de transmisión Island '/ 4pcb. Se puede saber que cuando ZL no coincide, se puede utilizar la reconfiguración de la línea de transmisión de PCB para lograr el propósito de coincidencia. Para dos líneas de transmisión de PCB con impedancias características Z 'c y Z "c, se pueden conectar líneas de transmisión de PCB para lograr el propósito de que z' C coincida con z" c.

Cabe señalar que después de coincidir con dos líneas de transmisión de PCB con diferentes impedancias, la frecuencia de funcionamiento del convertidor de resistencia isla / 4 es muy estrecha.

3. coincidencia de cortocircuitos de una sola rama

Al conectar rutas cortas con la estructura adecuada en el lugar adecuado de la línea de transmisión de pcb, se puede cambiar la resistencia de la línea de transmisión de PCB para lograr el propósito de emparejamiento.

(4) estratificación de PCB

Los circuitos de alta frecuencia a menudo tienen una mayor integración y una mayor densidad de cableado. El uso de paneles multicapa no solo es necesario para el cableado, sino que también es un medio eficaz para reducir la interferencia. La selección razonable del número de capas puede reducir en gran medida el tamaño de la placa de circuito impreso. Puede aprovechar al máximo la capa intermedia para establecer el blindaje, logrando así un mejor blindaje. La puesta a tierra cercana puede reducir efectivamente la inducción parasitaria, acortar efectivamente la longitud de transmisión de la señal, reducir en gran medida la interferencia cruzada entre las señales, etc., lo que favorece el funcionamiento confiable de los circuitos de alta frecuencia. Los datos muestran que el mismo material es mejor que las placas de cuatro capas. El ruido de la placa de doble cara es bajo en 20db, pero cuanto mayor sea el número de capas, más complejo será el proceso de fabricación y mayor será el costo.

(5) aislamiento de la fuente de alimentación y separación del suelo

El cableado de circuitos con diferentes funciones o requisitos a menudo requiere aislamiento de energía y puesta a tierra. Por ejemplo, los circuitos analógicos y digitales, los circuitos de señal débil y los circuitos de señal fuerte, los circuitos sensibles (pll, disparadores de bajo temblor, etc.) y otros circuitos deben minimizar la interferencia mutua para que los circuitos puedan cumplir con las especificaciones deseadas.

Requisitos básicos:

1. las capas de energía o las formaciones de tierra de diferentes áreas deben estar conectadas en la entrada de la fuente de alimentación, generalmente en forma de árbol o dedo, y el método de División de la línea de tierra, la brecha de División y el borde de la placa de diferentes circuitos funcionales no deben ser inferiores a 2 mm.

2. los diferentes tipos de áreas de energía y áreas de tierra no pueden cruzarse entre sí

3. zanjas y puentes. Debido a la División del plano de tierra, los circuitos de transmisión de señal entre los diversos circuitos funcionales a menudo son discontinuos. Para garantizar la conexión de la señal, la fuente de alimentación y la puesta a tierra, además del uso de aislamiento del transformador (no se puede transmitir la señal de corriente continua), aislamiento de acoplamiento óptico (además de la dificultad de transmitir la señal de alta frecuencia), el método de puente es común. El "puente" es en realidad una brecha en la zanja, solo un lugar. Los cables de señalización, la fuente de alimentación y el suelo pasan por las zanjas desde aquí, como se muestra en la imagen. al usar este método, si se trata de un sistema de puesta a tierra multipunto (todos los diseños de alta velocidad son), es mejor conectar ambos lados del puente al suelo del recinto.

3. Conclusiones

En la ingeniería de productos, el diseño de PCB ocupa una posición muy importante, especialmente en el diseño eléctrico de alta frecuencia. El mismo diseño de principio, los mismos componentes, los PCB producidos por diferentes personas tienen diferentes resultados. Hay muchas cosas que son factibles en principio, pero que son difíciles de lograr en las obras, o que otros pueden lograr, otros No. Por lo tanto, no es difícil hacer una placa de circuito impreso, pero no es fácil hacer una placa de circuito impreso. Cosas.