Technique RF - Problèmes d'interférence à considérer dans la conception de PCB haute fréquence

Dans la conception de PCB haute fréquence, les ingénieurs doivent prendre en compte quatre aspects de perturbation: le bruit d'alimentation, les interférences de ligne de transmission, le couplage, les interférences électromagnétiques (EMI).

1. Bruit de puissance

Dans une carte de circuit haute fréquence, le bruit de l'alimentation a un effet évident sur le signal haute fréquence. La première exigence de l'alimentation est donc un faible bruit. Un sol propre est aussi important qu'une alimentation électrique propre. L'alimentation a une certaine impédance et l'impédance est répartie dans toute l'alimentation. Ainsi, le bruit sera également superposé à l'alimentation. Ensuite, nous devrions minimiser l'impédance de l'alimentation, il est donc préférable d'avoir une couche d'alimentation dédiée et une couche de mise à la terre. Dans la conception de circuits haute fréquence, dans la plupart des cas, il est préférable de concevoir l'alimentation comme une couche plutôt que comme un bus, de sorte que la boucle peut toujours suivre le chemin de l'impédance minimale. En outre, la carte d'alimentation doit fournir une boucle de signal pour tous les signaux générés et reçus sur le PCB. Ceci minimise la boucle de signal et donc le bruit souvent négligé par les concepteurs de circuits basse fréquence.

Il existe plusieurs façons d'éliminer le bruit d'alimentation dans votre conception de PCB:

1. Faites attention aux Vias sur la carte: les Vias rendent la couche d'alimentation nécessaire pour graver l'ouverture, laissant de la place pour les vias. Si l'ouverture de la couche d'alimentation est trop grande, cela affectera inévitablement la boucle de signal, forcera le signal à Bypass, augmentera la zone de boucle et augmentera le bruit. En même temps, si plusieurs lignes de signal sont regroupées près de l'ouverture et partagent la même boucle, une impédance commune provoquera une diaphonie.

2, les lignes de connexion ont besoin d'une masse suffisante: chaque signal doit avoir sa propre boucle de signal dédiée et la zone de boucle du signal et de la boucle est aussi petite que possible, c'est - à - dire que le signal et la boucle doivent être parallèles.

3, alimentation analogique et numérique à séparer: les appareils à haute fréquence sont généralement très sensibles au bruit numérique, donc les deux doivent être séparés, connectés à l'entrée de l'alimentation, si le signal traverse les mots des Parties analogique et numérique, vous pouvez placer une boucle sur le signal pour réduire la zone de boucle. La plage analogique numérique utilisée pour la boucle de signal est représentée sur la figure 3.

4. Évitez les superpositions d'alimentation séparées entre les différentes couches: sinon, le bruit du circuit est facilement couplé par une capacité parasite.

5, isolation des éléments sensibles: comme PLL.

6. Placez le cordon d'alimentation: pour réduire la boucle de signal, placez le cordon d'alimentation sur le bord du cordon de signal pour réduire le bruit.

2, lignes de transmission

Il n'y a que deux lignes de transmission dans le PCB: la ligne ruban et la Ligne micro - ondes. Le plus gros problème avec les lignes de transmission est la réflexion, ce qui entraînera de nombreux problèmes. Par example, le signal de charge sera une superposition du signal original et du signal d'écho, ce qui augmentera la difficulté d'analyse du signal. La réflexion provoque des pertes de retour (Return Loss) qui affectent le signal aussi fortement que les interférences de bruit supplémentaires:

(1) Le signal réfléchi à la source du signal augmente le bruit du système, ce qui rend plus difficile pour le récepteur de distinguer le bruit du signal;

(2) tout signal réfléchi réduira la qualité du signal et changera la forme du signal d'entrée. D'une manière générale, la solution est principalement l'adaptation d'impédance (par example l'impédance d'une interconnexion doit être très adaptée à l'impédance du système), mais parfois le calcul de l'impédance est plus gênant et on peut se référer à certains logiciels de calcul d'impédance de ligne de transmission.

La méthode pour éliminer les interférences de ligne de transmission dans la conception de PCB est la suivante:

A) éviter les discontinuités d'impédance des lignes de transmission. Les points de discontinuité d'impédance sont ceux où la ligne de transmission est mutée, tels que les angles droits, les Vias, etc., qui doivent être évités autant que possible. Méthode: Évitez l'angle droit de la ligne droite, essayez de prendre un angle de 45 ° ou un arc de cercle, un grand angle est également correct; On utilise le moins de Vias possible car chacun est discontinu en impédance et le signal externe évite de traverser la couche interne et inversement.

B) ne pas utiliser de fil de pieu. Parce que toute ligne de pieu est une source de bruit. Si la ligne de pieu est courte, la connexion peut être faite à l'extrémité de la ligne de transmission; Si la ligne de pieu est longue, elle prendra comme source la ligne de transmission principale et produira une grande réflexion, ce qui compliquera le problème. Il est recommandé de ne pas l'utiliser.

3, coupleur

(1) couplage co - Impédance: C'est un canal de couplage commun, c'est - à - dire que la source d'interférence et l'équipement perturbé partagent souvent certains conducteurs (tels que l'alimentation de boucle, le bus, la masse commune, etc.). Dans ce canal, la chute de IC provoque une tension de mode commun dans la boucle de courant série, affectant le récepteur.

(2) le couplage Champ - mode commun entraînera la génération d'une tension de mode commun par la source de rayonnement dans la boucle formée par le circuit perturbé et sur une surface de référence commune. Si le champ magnétique est prédominant, la valeur de la tension de mode commun produite dans le circuit de masse en série est VCM = - (â³b / â³t) * Area (où â³b = variation de l'intensité de l'induction magnétique). S'il s'agit d'un champ électromagnétique, sa tension induite lorsque sa valeur de champ électrique est connue: VCM = (L * H * f * e) / 48, la formule s'applique à l (m) = 150 MHz, au - delà de cette limite, le calcul de la tension induite maximale peut être simplifié à VCM = 2 * H * E.

(3) couplage de champ de mode différentiel: désigne le rayonnement direct induit et reçu par les paires de fils ou les fils sur le panneau de ligne et ses boucles. Si vous êtes aussi près que possible des deux fils. Ce couplage est fortement réduit, il est donc possible de tordre les deux fils entre eux pour réduire les perturbations.

(4) le couplage inter - lignes (diaphonie) crée un couplage inutile entre l'une des lignes et le circuit parallèle, ce qui peut gravement nuire aux performances du système. Son type peut être divisé en diaphonie Capacitive et diaphonie perceptuelle. La première est due au fait que la capacité parasite entre les lignes est telle que le bruit sur la source de bruit est couplé à la ligne de réception de bruit par injection de courant. Ce dernier peut être considéré comme un couplage de signal entre les primaires d'un transformateur parasite non désiré. L'ampleur de la diaphonie inductive dépend de la proximité des deux boucles, de l'importance de la surface de la boucle et de l'impédance de la charge affectée.

(5) couplage des lignes électriques: désigne la transmission de perturbations électromagnétiques à d'autres équipements après que les lignes électriques à courant alternatif ou continu ont été perturbées.

Il existe plusieurs façons d'éliminer la diaphonie dans la conception de PCB:

1. La taille des deux types de diaphonie augmente avec l'impédance de la charge, de sorte que les lignes de signal sensibles aux interférences causées par la diaphonie doivent être correctement terminées.

2, augmenter la distance entre les lignes de signal autant que possible, peut réduire efficacement la diaphonie Capacitive. Gestion de la mise à la terre, l'espacement entre les lignes de câblage (comme l'isolation entre la ligne de signal active et la ligne de masse, en particulier l'espacement à l'état de saut entre la ligne de signal et la terre) et la réduction de l'inductance de la ligne de plomb.

3. La diaphonie Capacitive peut également être efficacement réduite en insérant des lignes de masse entre les lignes de signal adjacentes qui doivent être connectées à la formation tous les quarts de longueur d'onde.

4. Pour la diaphonie détectable, la zone de boucle doit être minimisée et la boucle doit être éliminée si elle est autorisée.

5. Évitez les boucles de partage de signal.

6, faites attention à l'intégrité du signal: les concepteurs doivent réaliser la terminaison pendant le processus de soudage pour résoudre les problèmes d'intégrité du signal. Les concepteurs utilisant cette méthode peuvent se concentrer sur la longueur de microruban de la Feuille de cuivre blindée pour obtenir de bonnes performances d'intégrité du signal. Pour les systèmes avec des connecteurs denses dans une structure de communication, les concepteurs peuvent utiliser des PCB comme bornes.

4. Interférence électromagnétique

Avec l'augmentation de la vitesse, l'EMI devient de plus en plus grave et apparaît sous de nombreux aspects (par exemple, interférences électromagnétiques au niveau des interconnexions). Les dispositifs à grande vitesse sont particulièrement sensibles à cela et recevront des signaux parasites à grande vitesse, tandis que les dispositifs à faible vitesse ignoreront de tels signaux parasites.

Il existe plusieurs façons d'éliminer les interférences électromagnétiques dans la conception de PCB:

1. Réduire les boucles: chaque boucle équivaut à une antenne, nous devons donc minimiser le nombre de boucles, la surface de la boucle et l'effet d'antenne de la boucle. Assurez - vous que le signal n'a qu'une seule boucle sur deux points, évitez les boucles artificielles et utilisez une couche de puissance autant que possible.

2, filtrage: dans les lignes d'alimentation et de signal peut prendre le filtrage pour réduire EMI, il existe trois méthodes: condensateur de découplage, filtre EMI, élément magnétique.

3, le blindage. En raison de la question de la longueur et de la discussion de nombreux articles bloqués, il n'est plus spécifiquement présenté.

4, essayez de réduire la vitesse de l'équipement à haute fréquence.

5, augmenter la constante diélectrique de la carte PCB, peut empêcher les lignes de transmission à proximité de la carte et d'autres composants à haute fréquence de rayonner vers l'extérieur; Augmenter l'épaisseur de la carte PCB, minimiser l'épaisseur de la ligne microruban, peut empêcher le débordement de la ligne électromagnétique, peut également empêcher le rayonnement.