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Conception de cartes de circuits RF et expertise

Une conception RF PCB réussie doit porter une attention particulière à chaque étape et détail tout au long du processus de conception, ce qui signifie qu'une planification minutieuse et minutieuse doit être effectuée au début de la conception et que les progrès de chaque étape de conception doivent être évalués de manière complète et continue. Cette finesse de conception minutieuse est ce qui manque à la plupart des cultures d'entreprise électroniques nationales.

Ces dernières années, en raison de la demande et de la croissance des appareils Bluetooth, des appareils de réseau local sans fil (WLAN) et des téléphones cellulaires, les opérateurs accordent de plus en plus d'importance aux techniques de conception de circuits RF. Du passé à nos jours, la conception des cartes RF, tout comme les interférences électromagnétiques, a été la partie la plus difficile à contrôler pour les ingénieurs, voire un cauchemar. Si vous voulez réussir à concevoir une fois, vous devez planifier soigneusement à l'avance et prêter attention aux détails.

La conception de cartes de circuits imprimés à radiofréquence (RF) est souvent décrite comme « Art noir» en raison des nombreuses incertitudes théoriques. Cependant, ce n'est qu'un point de vue partiellement couvert. Il y a encore beaucoup de règles à suivre dans la conception des cartes RF. Cependant, dans la conception pratique, la véritable astuce pratique est de faire des compromis lorsque ces lois ne peuvent pas être mises en œuvre en raison de diverses restrictions. Les sujets importants de conception RF comprennent l'adaptation d'impédance et d'impédance, les matériaux de couche isolante et les stratifiés, les longueurs d'onde harmoniques, etc. cet article se concentrera sur divers problèmes liés à la conception de partitionnement de cartes RF.

Types de micropores

Les circuits de caractéristiques différentes sur la carte de circuit imprimé doivent être séparés, mais ils doivent être connectés dans des conditions optimales sans interférences électromagnétiques, ce qui nécessite l'utilisation de micro - trous. Généralement, les microperforations ont un diamètre compris entre 0,05 mm et 0,20 MM. Ces microperforations sont généralement classées en trois catégories, à savoir les microperforations borgnes, les microperforations enterrées et les microperforations traversantes. Les trous borgnes sont situés sur les faces supérieure et inférieure de la carte de circuit imprimé et ont une certaine profondeur. Il est utilisé pour la connexion entre le circuit de surface et le circuit interne sous - jacent. La profondeur des trous ne dépasse généralement pas une certaine proportion (pores). Par trou enterré, on entend un trou de connexion situé dans la couche interne de la carte de circuit imprimé et ne s'étendant pas à la surface de la carte de circuit imprimé. Les deux types de trous décrits ci - dessus sont situés dans la couche interne de la carte. Ils sont complétés par un processus de formation de trous traversants avant la stratification. Plusieurs couches internes peuvent se chevaucher lors de la formation des pores. Le troisième, appelé via, traverse toute la carte et peut être utilisé pour réaliser des interconnexions internes ou comme trou de positionnement adhésif pour les éléments.

Utilisation de la technique de partitionnement

Lors de la conception des cartes RF, les amplificateurs RF haute puissance (HPA) et les amplificateurs à faible bruit (LNA) doivent être isolés autant que possible. En bref, les circuits d'émission RF de forte puissance doivent être éloignés des circuits de réception à faible bruit. Cela peut être fait facilement s'il y a beaucoup d'espace sur le PCB. Cependant, lorsqu'il y a beaucoup de composants, l'espace PCB devient très petit et donc difficile à mettre en œuvre. Vous pouvez les placer des deux côtés de votre PCB ou les faire fonctionner en alternance au lieu de travailler en même temps. Le circuit haute puissance peut également comprendre un tampon RF et un oscillateur commandé en tension (VCO).

La partition de conception peut être divisée en une partition physique et une partition électrique. Le zonage physique concerne principalement la disposition, l'orientation et le blindage des composants; La partition électrique peut continuer à être divisée en distribution, câblage RF, circuits et signaux sensibles, mise à la terre et autres partitions.

Partition d'entités

La disposition des éléments est la clé pour atteindre une conception RF supérieure. La technique la plus efficace consiste tout d'abord à fixer le composant sur le chemin radiofréquence et à ajuster son orientation de manière à minimiser la longueur du chemin radiofréquence. Et gardez l'entrée RF loin de la sortie RF, aussi loin que possible des circuits à haute puissance et des circuits à faible bruit.

La méthode la plus efficace d'empilage de la carte est de disposer la masse principale au deuxième niveau sous la couche superficielle et de marcher sur les lignes RF sur la couche superficielle autant que possible. Minimiser la taille des pores sur le chemin RF peut non seulement réduire l'inductance du chemin, mais aussi réduire les faux points de soudure sur la masse principale et réduire les risques de fuite d'énergie RF dans d'autres zones du stratifié.

Dans l'espace physique, un circuit linéaire tel qu'un amplificateur Multi - étages est généralement suffisant pour isoler plusieurs zones RF les unes des autres, mais un duplexeur, un mélangeur et un amplificateur if ont toujours plusieurs signaux RF / if interférant les uns avec les autres, de sorte que cet effet doit être soigneusement minimisé. Les câblages RF et RF doivent être croisés autant que possible et les zones de mise à la terre doivent être séparées entre eux autant que possible. Le bon chemin RF est très important pour la performance de l'ensemble du PCB, c'est pourquoi la disposition des éléments occupe généralement la majeure partie du temps dans la conception des PCB pour téléphones portables.

Sur un PCB de téléphone portable, il est généralement possible de placer un circuit amplificateur à faible bruit d'un côté du PCB, un amplificateur à haute puissance de l'autre et enfin de les connecter à une extrémité de l'antenne RF du même côté et à l'autre extrémité du processeur en bande de base via un duplexeur. Cela nécessite quelques compétences pour s'assurer que l'énergie RF ne soit pas transférée d'un côté à l'autre de la plaque à travers les pores. La technique courante consiste à utiliser des trous borgnes des deux côtés. En disposant les trous borgnes dans des zones qui ne sont pas perturbées par RF des deux côtés du PCB, les effets néfastes de la porosité excessive peuvent être minimisés.

Bouclier métallique

Parfois, il est impossible de maintenir un espacement suffisant entre plusieurs blocs de circuit. Dans ce cas, l'utilisation d'un blindage métallique pour masquer l'énergie RF dans la région RF doit être envisagée, mais le blindage métallique a également des effets secondaires tels que des coûts de fabrication de PCB élevés et des coûts d'assemblage de PCB.

Un blindage métallique irrégulier est difficile à garantir une grande précision de fabrication, un blindage métallique rectangulaire ou carré limitant l'agencement des pièces; Le blindage métallique ne favorise pas le remplacement des composants et le déplacement des défauts; Étant donné que le blindage métallique doit être soudé au sol et doit être maintenu à une distance appropriée du composant, il est nécessaire d'occuper un espace PCB précieux.

Il est important de garantir autant que possible l'intégrité du blindage métallique, de sorte que les lignes de signal numérique entrant dans le blindage métallique doivent traverser la couche interne autant que possible, et il est préférable de définir la couche suivante de la couche de lignes de signal comme une couche de terre. Les lignes de signaux RF peuvent être câblées à partir d'un petit écart à la base du blindage métallique et d'une couche de câblage à l'écart de masse, mais la périphérie de l'écart doit être entourée autant que possible d'une grande surface de masse. Les mises à la terre sur les différentes couches de signal peuvent être reliées entre elles par une pluralité de Vias S.

Malgré ces inconvénients, le blindage métallique reste très efficace et souvent la seule solution pour isoler les circuits critiques.

Circuit de découplage de puissance

En outre, un circuit de découplage de puissance de puce approprié et efficace est également très important. De nombreuses puces RF intégrées à des lignes linéaires sont très sensibles au bruit d'alimentation. Typiquement, jusqu'à quatre condensateurs et une inductance d'isolement sont nécessaires par puce pour filtrer tous les bruits d'alimentation.

La capacité minimale dépend généralement de la fréquence de résonance du condensateur lui - même et de l'inductance de la broche, la valeur de C4 étant également choisie en conséquence. Les valeurs de C3 et C2 sont relativement importantes en raison de leur propre inductance de broche, de sorte que le découplage RF est moins efficace, mais mieux adapté au filtrage des signaux de bruit basse fréquence. Le découplage radiofréquence est réalisé par l'inductance L1, ce qui rend impossible le couplage du signal radiofréquence de la ligne d'alimentation à la puce. Puisque tout le câblage est une antenne potentielle qui peut recevoir et émettre des signaux RF, il est nécessaire d'isoler les signaux RF des lignes et des composants critiques.

L'emplacement physique de ces composants de découplage est également souvent crucial. Les principes de disposition de ces composants importants sont les suivants: C4 doit être aussi proche que possible de la broche IC et mis à la terre, C3 doit être le plus proche de C4, C2 doit être le plus proche de C3 et le chemin de connexion entre la broche IC et C4 doit être le plus court possible. Les bornes de masse de ces composants (en particulier C4) doivent normalement être connectées aux broches de masse de la puce par une première couche de masse sous la carte. Les perçages reliant les composants au plan de masse doivent être aussi proches que possible des plots de composant sur le PCB. Il est préférable d'utiliser des trous borgnes percés sur les Plots pour minimiser l'inductance des fils de connexion, l'inductance L1 devant être proche de C1.

Un circuit intégré ou un amplificateur a généralement une sortie à collecteur ouvert et nécessite donc une inductance de pull - up pour fournir une charge RF Haute impédance et une alimentation DC basse impédance. Le même principe s'applique au découplage de l'extrémité d'alimentation de cette inductance. Certaines puces nécessitent plusieurs Alimentations pour fonctionner et peuvent donc nécessiter deux ou trois groupes de condensateurs et d'inductances pour être découplés séparément. S'il n'y a pas assez d'espace autour de la puce, l'effet de découplage peut être mauvais.

En particulier, il est à noter que les inductances sont rarement connectées en parallèle, car cela formerait un transformateur creux et induirait mutuellement des signaux perturbateurs. La distance entre eux doit donc être au moins égale à la hauteur de l'un d'eux, ou être disposée à angle droit pour minimiser l'inductance mutuelle.

Zonage électrique

Le zonage électrique est en principe le même que le zonage physique, mais il comprend également d'autres facteurs. Certaines Parties des téléphones modernes utilisent différentes tensions de fonctionnement et sont contrôlées par un logiciel pour prolonger la durée de vie de la batterie. Cela signifie que le téléphone doit avoir plusieurs alimentations, ce qui crée plus de problèmes d'isolation. L'alimentation est généralement introduite par un connecteur et immédiatement découplée pour filtrer tout bruit à l'extérieur de la carte, puis distribuée après avoir traversé un ensemble d'interrupteurs ou de régulateurs linéaires.

Dans les téléphones cellulaires, la plupart des circuits ont très peu de courant continu, de sorte que la largeur de câblage n'est généralement pas un problème. Cependant, l'alimentation d'un amplificateur de forte puissance doit être conçue individuellement avec une ligne de courant élevé aussi large que possible afin de minimiser les chutes de tension transitoires pendant la transmission. Pour éviter une perte de courant excessive, il est nécessaire d'utiliser plusieurs pores pour transporter le courant d'une couche à l'autre. En outre, si le découplage complet n'est pas possible au niveau des broches d'alimentation de l'amplificateur de forte puissance, le bruit de forte puissance rayonne sur toute la carte de circuit imprimé et pose divers problèmes. La mise à la terre d'un amplificateur de haute puissance est très importante et nécessite souvent la conception d'un blindage métallique pour celui - ci.