Technique RF - Interférences dans la conception de PCB haute fréquence

Dans la conception des PCB haute fréquence, les ingénieurs doivent prendre en compte le bruit de puissance, les interférences de ligne de transmission, le couplage, les interférences électromagnétiques (EMI) de quatre façons.

1. Bruit de puissance

Dans les circuits haute fréquence, le bruit provenant de l'alimentation a une influence significative sur les signaux haute fréquence. La première exigence est donc que l'alimentation soit à faible bruit. Ici, une terre propre est tout aussi importante qu'une électricité propre. Pourquoi? Les caractéristiques de puissance sont présentées à la figure 1. Bien entendu, l'alimentation a une certaine impédance et l'impédance est répartie sur l'ensemble de l'alimentation, de sorte que le bruit se superpose également à l'alimentation. Ensuite, nous devrions réduire l'impédance de l'alimentation autant que possible, il est donc préférable d'avoir une couche d'alimentation propriétaire et une couche de contact. Dans la conception de circuits haute fréquence, l'alimentation est conçue sous la forme d'une couche qui, dans la plupart des cas, est bien meilleure que la forme d'un bus, de sorte que le circuit peut toujours suivre le chemin de l'impédance minimale. En outre, la carte d'alimentation fournit également une boucle de signal pour tous les signaux générés et reçus sur le PCB, ce qui peut minimiser la boucle de signal et réduire le bruit, ce qui est souvent négligé par les concepteurs de circuits basse fréquence.

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

1.1. Vias du tableau d'affichage: les Vias rendent nécessaire la gravure des ouvertures sur la couche d'alimentation, laissant de la place pour le passage des vias. Si l'ouverture de la couche de puissance est trop grande, le circuit de signal sera affecté, le signal sera forcé de Bypass, la surface du circuit augmentera et le bruit augmentera. Dans le même temps, si certaines lignes de signal sont concentrées près de l'ouverture et partagent cette boucle, l'impédance commune entraînera une diaphonie.

1.2 Les lignes de connexion nécessitent des lignes de masse adéquates: chaque signal nécessite sa propre boucle de signal unique, la zone de boucle du signal et de la boucle étant aussi petite que possible, c'est - à - dire que le signal et la boucle doivent être parallèles.

1.3. Les alimentations analogiques et numériques doivent être séparées: les appareils haute fréquence sont généralement très sensibles au bruit numérique et doivent donc être connectés séparément à l'entrée de l'alimentation. Si le signal doit traverser les parties analogique et numérique, une boucle peut être placée à l'intersection du signal pour réduire la surface de la boucle. L'intervalle entre les nombres utilisés dans la boucle du signal.

1.4 Évitez les superpositions de couches d'alimentation séparées: sinon, le bruit du circuit est facilement couplé par des capacités parasites.

1.5. Isoler les éléments sensibles tels que PLL.

1.6. Placez le cordon d'alimentation: pour réduire le circuit de signal, placez le cordon d'alimentation sur un côté du cordon de signal pour réduire le bruit.

Conception PCB haute fréquence

2. Lignes de transmission

Il n'y a que deux types de lignes de transmission dans un PCB: les lignes à ruban et les lignes à micro - ondes. Le plus gros problème avec les lignes de transmission est la réflexion. La réflexion conduit à de nombreuses questions. Par example, le signal de charge sera une superposition du signal original et du signal d'écho, ce qui augmente la difficulté d'analyse du signal. La réflexion provoque des pertes de retour qui sont aussi graves que les interférences sonores supplémentaires.

2.1 La réflexion du signal vers la source augmente le bruit du système, ce qui rend plus difficile pour le récepteur de distinguer le bruit du signal;

2.2 fondamentalement, tout signal réfléchi dégrade la qualité du signal et modifie la forme du signal d'entrée. En général, la solution principale est l'adaptation d'impédance (par example, l'impédance d'interconnexion doit être bien adaptée à l'impédance du système), mais parfois le calcul de l'impédance est plus difficile 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:

2.2.1 Éviter les discontinuités d'impédance des lignes de transmission. Les points d'impédance discontinue, tels que les angles droits et les Vias, doivent être évités autant que possible. Voici comment procéder: évitez les angles droits des lignes droites et marchez à 45 degrés ou en arc de cercle autant que possible, même dans les grands virages; Utiliser le moins de trous possible, car chaque trou est discontinu en impédance, comme représenté sur la figure 5; Les signaux externes évitent de traverser la couche interne et vice versa.

2.2.2 n'utilisez pas de lignes de pieux. Parce que tout post est une source de bruit. Si la ligne de pieu est courte, vous pouvez la connecter à la fin de la ligne de transmission. Si la ligne de pieu est longue, la source sera la ligne de transmission principale, ce qui créera une réflexion plus importante et compliquera le problème. Son utilisation n'est pas recommandée.

3. Couplage PCB

3.1 couplage en co - Impédance: un canal de couplage commun, c'est - à - dire la source d'interférence et l'équipement perturbé, qui partagent généralement certains conducteurs (p. ex. alimentation du circuit, bus, masse commune, etc.).

Sur ce canal, la descente IC en série crée une tension de mode commun dans la boucle de courant qui affecte le récepteur.

3.2 Le couplage de mode commun à champ entraînera la génération d'une tension de mode commun par la source de rayonnement sur la boucle formée par le circuit perturbé et sur la surface de référence commune. Si le champ magnétique joue un rôle dominant, la tension de mode commun générée dans le circuit de masse en série est VCM = - (Δb / Δt) * Area (Δb = variation de l'intensité de l'induction magnétique dans la formule). Si le champ électromagnétique est connu, sa tension induite est VCM = (L * H * f * e) / 48. Cette formule s'applique au cas où l (m) = est inférieur à 150 MHz, au - delà duquel le calcul de la tension maximale induite peut être simplifié à VCM = 2 * H * E.

3.3 couplage de champ de mode différentiel: désigne le rayonnement direct reçu sur la carte par une paire de fils ou un fil et son circuit. Si possible près des deux fils. Ce couplage est considérablement réduit, vous pouvez donc tordre les deux fils ensemble pour réduire les interférences.

3.4 Le couplage inter - lignes (diaphonie) provoque un couplage indésirable entre toutes les lignes équivalentes à un circuit parallèle, ce qui nuit gravement aux performances du système. Ils peuvent être divisés en diaphonie Capacitive et diaphonie sensorielle. La première est due au fait que la capacité parasite entre les lignes provoque le couplage du bruit sur la source de bruit à la ligne de réception de bruit par le courant injecté. Ce dernier peut être imaginé comme un couplage de signal entre les primaires d'un transformateur parasite non désiré. L'ampleur de la diaphonie de détection dépend de la proximité des deux boucles, de la surface de la route et de l'impédance de la charge affectée.

3.5 couplage de lignes électriques: signifie que les lignes électriques à courant alternatif ou continu sont soumises à des perturbations électromagnétiques, puis que les lignes électriques transmettent ces perturbations à d'autres appareils.

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

3.5.1, 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.

3.5.2. Augmenter autant que possible la distance entre les lignes de signal peut réduire efficacement la diaphonie de tolérance. Gestion de la couche de terre, séparation entre câblages (par example entre lignes de signal actives et lignes de terre, notamment entre lignes de signal à saut d'état et lignes de terre) et diminution de l'inductance des fils conducteurs.

3.5.3 l'insertion de lignes de mise à la terre entre des lignes de signal adjacentes peut également réduire efficacement la diaphonie de tolérance, ce qui exige que les lignes de mise à la terre soient reliées à la formation tous les quarts de longueur d'onde.

3.5.4 pour la diaphonie perçue, la surface de l'anneau doit être réduite au minimum et éliminée si elle est autorisée.

3.5.5 Éviter les boucles de partage de signaux.

3.5.6. Préoccupation pour l'intégrité du signal: les concepteurs doivent effectuer des terminaisons pendant le processus de soudage pour résoudre les problèmes d'intégrité du signal. Les concepteurs de cette méthode peuvent concentrer leur attention sur le blindage sur la longueur des microbandes de la Feuille de cuivre pour obtenir de bonnes performances d'intégrité du signal. Pour les systèmes avec des connecteurs denses dans une architecture de communication, les concepteurs peuvent utiliser des PCB comme terminaux.

4. Interférence électromagnétique

Au fur et à mesure que la vitesse augmente, l'EMI deviendra de plus en plus grave et se manifestera sous de nombreux aspects (par exemple, interférences électromagnétiques au niveau des interconnexions). Les dispositifs à haute vitesse sont particulièrement sensibles à cela, de sorte qu'ils reçoivent un faux signal à haute vitesse, tandis que les dispositifs à basse vitesse ignorent ce faux signal.

Il existe plusieurs façons d’éliminer l’emi dans votre conception de PCB:

4.1, 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 autant de couches de puissance que possible.

4.2, filtrage: le filtrage peut être utilisé pour réduire l'EMI sur les lignes d'alimentation et de signal. Il existe trois méthodes: capacité de découplage, filtre EMI, élément magnétique.

4.3. Le blindage. En raison de la longueur excessive des articles, ainsi que de nombreux articles bloqués par la discussion, ils ne sont plus détaillés.

4.4. Minimise la vitesse des appareils haute fréquence.

4.5. Augmenter la constante diélectrique de la carte PCB pour empêcher les composants haute fréquence tels que les lignes de transmission à proximité de la carte de rayonner vers l'extérieur. L'augmentation de l'épaisseur de la carte PCB et la minimisation de l'épaisseur des lignes microruban empêchent le débordement de lignes électromagnétiques et de rayonnement.

5. Résumé:

Dans la conception de PCB haute fréquence, nous devrions suivre les principes suivants:

5.1. L'unité et la stabilité de l'approvisionnement en électricité et des terres.

5.2. Un câblage soigneux et une terminaison appropriée éliminent les reflets.

5.3. Un câblage soigneux et une terminaison appropriée peuvent réduire la tolérance et la diaphonie sensorielle.

5.4. La suppression du bruit est requise pour répondre aux exigences EMC.