Tecnología de PCB - Principio de diseño de circuito de alta frecuencia y PCB de alta frecuencia

Los principios de diseño de PCB implican muchos aspectos, incluidos los principios básicos, anti-interferencia, compatibilidad electromagnética, protección de seguridad, etc. En particular, el desarrollo de circuitos de alta frecuencia (especialmente en PCB de alta frecuencia) conduce a la falta de conceptos relevantes en PCB de alta frecuencia. Muchas personas todavía se mantienen sobre la base de "conectar principios eléctricos con conductores para desempeñar un papel predeterminado", e incluso piensan que "el diseño de PCB pertenece a la consideración de la estructura, el proceso y la mejora de la eficiencia de la producción". Muchos ingenieros de RF no se dan cuenta plenamente de que este enlace debe ser el foco especial de todo el trabajo de diseño en el diseño de RF, y gastan erróneamente su energía en la selección de componentes de alto rendimiento, lo que da como resultado un fuerte aumento en el costo pero poca mejora en el rendimiento.

En particular, el circuito digital se basa en su fuerte anti-interferencia, detección y corrección de errores, y puede construir arbitrariamente varios enlaces inteligentes para garantizar la función normal del circuito. Un circuito de aplicación digital ordinario con una alta configuración adicional de varios enlaces "garantizar la normalidad" es obviamente una medida sin concepto de producto. Pero a menudo en el enlace "no vale la pena", pero conducen a una serie de problemas de producto. La razón es que este tipo de enlace funcional que no vale la pena construir garantía de fiabilidad desde la perspectiva de la ingeniería del producto debe basarse en el mecanismo de trabajo del circuito digital mismo, que es solo la estructura equivocada en el diseño del circuito (incluido el diseño de PCB), lo que conduce al circuito en un estado inestable. Este tipo de estado inestable es una aplicación básica bajo el mismo concepto que el problema similar de la PCB de alta frecuencia.

PCB de alta frecuencia

En los circuitos digitales, hay tres aspectos que merecen ser tomados en serio

(1) La señal digital en sí misma pertenece a la señal de amplio espectro. De acuerdo con los resultados de la función de Fourier, contiene ricos componentes de alta frecuencia, por lo que los componentes de alta frecuencia de las señales digitales se consideran plenamente en el diseño de IC digital. Sin embargo, además del IC digital, si el área de transición de señal dentro y entre cada enlace funcional es arbitraria, conducirá a una serie de problemas. Especialmente en la aplicación mixta de circuitos digitales, analógicos y de alta frecuencia.

(2) Todo tipo de diseño de fiabilidad en la aplicación de circuitos digitales están relacionados con los requisitos de fiabilidad y los requisitos de ingeniería de productos de los circuitos en la aplicación práctica, por lo que es imposible agregar varias partes de "garantía" de alto costo a los circuitos que cumplen los requisitos por diseño convencional.

(3) La velocidad de trabajo de los circuitos digitales se está moviendo hacia alta frecuencia con un desarrollo sin precedentes (por ejemplo, la frecuencia principal de la CPU ha alcanzado 1,7 GHz mucho más allá del límite inferior de la banda de microondas). Aunque la función de garantía de fiabilidad de los dispositivos relacionados también está sincronizada, se basa en las características de señal interna y externa típica del dispositivo.

Para el circuito de alta frecuencia a nivel de microondas, cada línea de tiras correspondiente en PCB forma una línea de microtiras (tipo asimétrico) con la placa de puesta a tierra. Para PCB con más de dos capas, puede formar una línea de microtiras y una línea de tiras (línea de transmisión de microtiras simétricas). Diferentes líneas de microtiras (PCB de doble cara) o línea de tiras (PCB de múltiples capas) forman líneas de microtiras de acoplamiento entre sí, formando así diversas redes complejas de cuatro puertos, formando así diversas características de la PCB de circuito a nivel de microondas.

Se puede ver que la teoría de la línea de transmisión de MICROSTRIP es la base del diseño del Circuito de alta frecuencia de microondas pcb.

Para el diseño de RF-PCB por encima de 800MHz, el diseño de red de PCB cerca de la antena debe seguir completamente la teoría de la microtira (en lugar de simplemente usar el concepto de microtira como una herramienta para mejorar el rendimiento de los dispositivos de parámetros agrupados). Cuanto mayor sea la frecuencia, más significativa será la importancia guía de la teoría de las microtiras.

Para los parámetros agregados y los parámetros de distribución del circuito, cuanto menor sea la frecuencia de trabajo, más débiles serán las características funcionales de los parámetros de distribución, pero los parámetros de distribución siempre existen. No hay límites claros sobre si se considera la influencia de los parámetros de distribución en las características del circuito. Por lo tanto, el establecimiento del concepto de MICROSTRIP también es importante para el diseño de PCB de circuitos digitales y circuitos de frecuencia intermedia relacionados.

La base y el concepto de la teoría de la microtira y el concepto de diseño del circuito de RF a nivel de microondas y PCB son en realidad un aspecto de aplicación de la teoría de la línea de transmisión dual de microondas. Para el cableado de RF-PCB, cada línea de señal adyacente (incluyendo adyacente en diferentes planos) tiene las características de seguir el principio básico de dos líneas (para las cuales, se describirá claramente lo siguiente).

Aunque los circuitos comunes de radiofrecuencia de microondas están equipados con un suelo de tierra en un lado, lo que hace que la línea de transmisión de señal de microondas en ellos sea a menudo una compleja red de cuatro puertos, por lo que sigue directamente la teoría de la MICROSTRIP acoplada, su base sigue siendo la teoría de dos líneas. Por lo tanto, en la práctica del diseño, la teoría de dos líneas tiene una importancia orientadora más amplia.

En términos generales, para los circuitos de microondas, la teoría de la microtira tiene una importancia de guía cuantitativa, que pertenece a la aplicación específica de la teoría de dos líneas, mientras que la teoría de dos hilos tiene una importancia de guía cualitativa más extensa.

Vale la pena mencionar que todos los conceptos dados por la teoría de los dos hilos, en la superficie, parecen no tener ninguna conexión con el trabajo de diseño real (especialmente los circuitos digitales y los circuitos de baja frecuencia), pero en realidad son una ilusión. La teoría de los dos alambres puede guiar todos los problemas conceptuales en el diseño de circuitos electrónicos, especialmente en el diseño de circuitos de PCB.

Aunque la teoría de dos líneas se establece bajo la premisa de circuitos de alta frecuencia de microondas, su importancia orientadora es particularmente prominente debido a la influencia de los parámetros de distribución en los circuitos de alta frecuencia. En circuitos digitales o de media y baja frecuencia, los parámetros de distribución son insignificantes en comparación con los componentes de parámetros agregados, y el concepto de teoría de dos líneas se vuelve inútil.

Sin embargo, la forma de distinguir entre circuito de alta frecuencia y circuito de baja frecuencia a menudo se descuida en la práctica del diseño. ¿A qué tipo de lógica digital general o circuitos de pulso pertenecen? Obviamente, el circuito de baja frecuencia y el circuito de baja frecuencia media con componentes no lineales pueden reflejar fácilmente algunas características de alta frecuencia una vez que algunas condiciones sensibles cambian. La frecuencia principal de la CPU ha alcanzado 1,7 GHz, lo que está mucho más allá del límite inferior de la frecuencia de microondas, pero todavía es un circuito digital. Debido a estas incertidumbres, el diseño de PCB es muy importante.

En muchos casos, los componentes pasivos en el circuito pueden ser equivalentes a líneas de transmisión o líneas de MICROSTRIP de especificaciones específicas, y se pueden describir con la teoría de líneas de transmisión dobles y sus parámetros relacionados.

En resumen, se puede considerar que la teoría de la doble línea de transmisión nació sobre la base de la síntesis de todas las características de los circuitos electrónicos. Por lo tanto, estrictamente hablando, si el concepto reflejado en la teoría de la doble línea de transmisión es el principio de cada enlace en la práctica de diseño, el circuito de PCB correspondiente se enfrentará a pocos problemas (independientemente de las condiciones de trabajo a las que se aplique el circuito).