Tecnología de PCB - Cómo instalar circuitos de radiofrecuencia y circuitos digitales en placas de PCB

Cómo instalar circuitos de radiofrecuencia y circuitos digitales en placas de PCB

Los equipos de radiofrecuencia de un solo chip han promovido enormemente la aplicación en el campo de las comunicaciones inalámbricas a cierta escala. La selección de microcontroladores y antenas adecuados y la combinación de este dispositivo transceptor permiten formar un enlace completo de comunicación inalámbrica. pueden integrarse en una pequeña placa de circuito y utilizarse en muchos campos, como sistemas inalámbricos de transmisión de datos de audio y vídeo digital, sistemas inalámbricos de control remoto y telemetría, sistemas inalámbricos de adquisición de datos, redes inalámbricas, Y el sistema de Seguridad inalámbrica.

Posibles antagonismos entre circuitos digitales y analógicos

Suponiendo que los circuitos analógicos (rf) y digitales (microcontroladores) puedan funcionar de forma independiente, 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 (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 muchos componentes de alta frecuencia independientes de la frecuencia del interruptor.

En la parte analógica, la señal transmitida desde el anillo de ajuste de la antena a la parte receptora del dispositivo inalámbrico suele ser inferior a 1 ° V. Por lo tanto, la diferencia entre la señal digital y la señal RF alcanzará los 10 - 6 (120db).

Obviamente, suponiendo que la señal digital y la señal de radiofrecuencia no se distingan bien, la señal de radiofrecuencia débil puede dañarse. Como resultado, la función operativa del dispositivo inalámbrico se deteriorará o incluso no podrá funcionar en absoluto.

Preguntas frecuentes sobre circuitos de radiofrecuencia y circuitos digitales en el mismo PCB

La incapacidad de bloquear adecuadamente las líneas activas y las líneas de señal de ruido es un problema común. Como se mencionó anteriormente, la señal digital tiene una alta oscilación y contiene muchos armónicos de alta frecuencia.

Suponiendo que la señal analógica activa esté cerca del cableado de la señal digital en el tablero de pcb, los armónicos de alta frecuencia pueden acoplarse previamente.

Los nodos más activos 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 la señal de entrada / salida tiene una oscilación de varios voltios, los circuitos digitales suelen tolerar el ruido de la fuente de alimentación (menos de 50 mv). Al mismo tiempo que los circuitos analógicos, es adecuado para el ruido de la fuente de alimentación, especialmente el voltaje Burr y otros armónicos de alta frecuencia.

Por lo tanto, el cableado del cable de alimentación en la placa de PCB que contiene el circuito de radiofrecuencia (u otra imitación) debe ser más cuidadoso que el cableado en la placa de circuito digital general y debe evitar el cableado automático.

Al mismo tiempo, también hay que tener en cuenta que el Microcontrolador (u otros circuitos digitales) absorberá repentinamente la mayor parte de la corriente en cada ciclo de reloj interno en poco tiempo. Esto se debe a que los microcontroladores modernos utilizan la planificación de procesos 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 adopta un desacoplamiento adecuado de la fuente de alimentación, inevitablemente se producirá una falla de voltaje en la línea de alimentación.

Suponiendo que estas rebajas de voltaje lleguen al pin de alimentación de la parte RF del circuito, pueden causar un fallo grave en la operación. 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 un plano de tierra conectado 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 planificadores de circuitos digitales, ya que la mayoría de las funciones de los circuitos digitales son excelentes incluso sin planos de tierra.

En la banda de radiofrecuencia, incluso los cables muy cortos producen el mismo efecto que los inductores. Aproximadamente, la inducción por milímetro de longitud es de aproximadamente 1 nh, y la inducción del Circuito de PCB de 10 milímetros a 434 MHz es de aproximadamente 27 islas. Suponiendo que no se elija la capa de tierra, la mayoría de los cables de tierra serán más largos y el circuito no garantizará las características del plan.

(3) radiación de la antena a otros componentes de imitación

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.

Suponiendo que la antena del transmisor de radiofrecuencia esté cerca del PCB (o en él), la señal de alta frecuencia declarada puede llegar a la entrada analógica del adc. No olvides que cualquier línea de circuito puede emitir o recibir señales de radiofrecuencia como una antena.

Suponiendo que el procesamiento de la entrada ADC no sea razonable, la señal de radiofrecuencia puede estimularse a sí misma en el Semiconductor ESM de la entrada adc, lo que a su vez conduce a un error adc. Los circuitos de radiofrecuencia y los circuitos digitales utilizan el mismo esquema de procesamiento de PCB

A continuación se dan algunos planes generales y estrategias de cableado en la mayoría de las aplicaciones de radiofrecuencia. Sin embargo, es más importante seguir las recomendaciones de cableado de los equipos de radiofrecuencia en la práctica.

(1) plano de tierra confiable

Al planificar un PCB con componentes de radiofrecuencia, siempre se debe seleccionar un plano de tierra confiable. Su objetivo es establecer un punto potencial de 0v útil en el circuito para que todos los dispositivos puedan desacoplarse simplemente.

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 los PCB instalados externamente, todos los cables de señal están en el mismo lado de la superficie del equipo del componente y la formación de conexión no es buena.

El plano de tierra de la succión debe cubrir todo el PCB (excepto debajo del PCB de la antena). Suponiendo que se utilicen más de dos capas de pcb, la formación de conexión debe colocarse en la capa de la capa de señal cercana (como la capa 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 causar cambios en las características de la inducción circundante, por lo que es necesario considerar cuidadosamente la selección del valor de la inducción y la colocación de la inducción.

(2) acortar la distancia de conexión con la formación de contacto

Todas las conexiones a la formación de puesta a tierra deben ser lo más cortas posible y el agujero de paso a tierra debe colocar (o muy cerca) la almohadilla del componente. No permita que dos señales de tierra compartan un agujero de tierra, lo que puede causar conversaciones cruzadas entre las dos almohadillas debido a la resistencia de conexión 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.

Elija Condensadores cerámicos de alta calidad. El mejor tipo de dieléctrico es "npo". "X7r" 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 instalados en SMD 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 y agujeros en serie forman filtros de trampa en relación con la frecuencia de la señal, lo que los hace útiles para el desacoplamiento.

A 868 mhz, el capacitor 33pf es 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. Se 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 se modela a partir de una conocida tecnología en la planificación de circuitos. 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 cerca del ic.

Esta es una forma útil de aislar el ruido de la fuente de alimentación de las partes digitales y de radiofrecuencia.

Suponiendo que los módulos con ruido severo se coloquen en la misma placa de circuito, se pueden conectar en serie inductores (cuentas magnéticas) o resistencias de pequeña resistencia (10 islas) entre líneas de alimentación y módulos, y es necesario utilizar condensadores de tantalio de al menos 10 islas F como condensadores. La fuente de alimentación de estos módulos está desacoplada. 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 de los módulos de ruido y los componentes analógicos periféricos, el diseño de cada módulo de circuito en la placa es importante. Mantenga siempre el módulo activo (componentes y antenas de radiofrecuencia) alejado del módulo de ruido (microcontroladores y unidades RS 232) para evitar interferencias.

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

Como se mencionó anteriormente, la señal RF interfiere con otros módulos de circuitos analógicos activos al enviarse, como adc. La mayoría de los problemas se producen en bandas de trabajo más bajas (como 27 mhz) y niveles de salida de alta potencia. El uso de condensadores de desacoplamiento de radiofrecuencia (100pf) para conectarse al suelo y acoplar continuamente los puntos activos es un buen hábito de planificación.

(7) precauciones especiales para antenas circulares a bordo

La antena se puede incorporar completamente 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 la Organización. Tradicionalmente, las antenas de anillo están programadas para un ancho de banda relativamente estrecho, lo que ayuda a frenar los receptores innecesarios de interferencia de señal Fuerte. Tenga en cuenta que las antenas circulares (como todas las demás antenas) pueden recibir ruido acoplado capacitivamente desde líneas de señal de ruido cercanas.

Molesta al receptor y también puede afectar la modulación del transmisor. Por lo tanto, nunca coloque 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 la sintonía de la antena se desvíe del punto de frecuencia deseado y reduzca la escala (distancia) de la radiación emitida y recibida. Para todos los tipos de antenas, es necesario prestar atención a esta realidad, y la carcasa de la placa de circuito (embalaje exterior) también puede 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 se puede utilizar eficazmente.

(8) conexión de placas de circuito

Suponiendo que se utilice un cable para conectar una placa de circuito de radiofrecuencia a un circuito digital externo, se debe utilizar un cable de par trenzado. 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. El circuito de alimentación de la placa de circuito RF también debe encadenarse con gnd (vd / gnd).

Conclusiones

El rápido desarrollo de circuitos integrados de radiofrecuencia proporciona el mayor cuello de botella de aplicaciones inalámbricas para ingenieros y técnicos dedicados a sistemas de transmisión de datos de audio y video digital inalámbrico, control remoto inalámbrico, sistemas de telemetría, sistemas de adquisición de datos inalámbricos, redes inalámbricas, sistemas de Seguridad y defensa inalámbrica. Posible

Al mismo tiempo, la planificación de circuitos de radiofrecuencia requiere que los planificadores tengan cierta experiencia práctica y capacidad de planificación de ingeniería.