L'actualité PCB - Comment placer un circuit RF et un circuit numérique sur un PCB en même temps

Les circuits analogiques (RF) et numériques (microcontrôleur) peuvent bien fonctionner seuls, mais une fois que les deux sont sur la même carte de circuit imprimé et fonctionnent ensemble avec la même source d'alimentation, l'ensemble du système peut être instable. Ceci est principalement dû au fait que le signal numérique oscille fréquemment entre la masse et l'alimentation positive (taille 3V) et que la période est extrêmement courte, typiquement de l'ordre de ns. En raison de la grande amplitude et du petit temps de commutation, ces signaux numériques

Nal contient un grand nombre de composantes haute fréquence indépendantes de la fréquence de commutation. Dans la partie analogique, le signal émis depuis la boucle d'accord d'antenne vers la partie réception du dispositif sans fil est typiquement inférieur à 1λv.

L'isolation insuffisante des lignes sensibles et des lignes de signalisation sonore est un problème courant. Comme indiqué ci - dessus, le signal numérique a une amplitude de basculement élevée et contient un grand nombre d'harmoniques haute fréquence. Si le signal numérique sur le PCB est câblé à côté d'un signal analogique sensible, les harmoniques haute fréquence peuvent être couplées dans le passé. Les noeuds sensibles d'un dispositif radiofréquence sont généralement un circuit de filtre de boucle d'une boucle à verrouillage de phase (PLL), une inductance d'oscillateur externe commandé en tension (VCO), un signal de référence cristallin et des bornes d'antenne. Ces composants du circuit doivent être manipulés avec un soin particulier.

Le signal d'entrée / sortie ayant une amplitude pendulaire de plusieurs V, les circuits numériques peuvent généralement accepter un bruit de puissance (inférieur à 50 MV). Les circuits analogiques sont très sensibles aux bruits d'alimentation, en particulier aux tensions de bavure et autres harmoniques haute fréquence. Par conséquent, le câblage des lignes d'alimentation sur les PCBs contenant des circuits RF (ou autres circuits analogiques) doit être effectué plus soigneusement que sur les cartes numériques ordinaires et le câblage automatique doit être évité. Il convient également de noter que les microcontrôleurs (ou autres circuits numériques) absorbent soudainement la majeure partie du courant pendant une courte période au cours de chaque cycle d'horloge interne, car les microcontrôleurs modernes sont conçus en utilisant le processus CMOS.

La carte RF doit toujours avoir une couche de mise à la terre connectée à une source d'alimentation négative, ce qui peut créer des phénomènes étranges si elle n'est pas traitée correctement. Cela peut être difficile à comprendre pour les concepteurs de circuits numériques, car la plupart des circuits numériques fonctionnent bien même sans couche de terre. En radiofréquence, même les fils très courts ont un rôle inductif. Par calcul grossier, l'inductance par millimètre de longueur est d'environ 1 NH et la réactance inductive d'une ligne PCB de 10 mm à 434 MHz est d'environ 27 Í. Si vous n'utilisez pas de fil de terre, la plupart des fils de terre seront longs et les caractéristiques de conception du circuit ne seront pas garanties.

Ceci est souvent négligé dans les circuits qui contiennent des radiofréquences et d'autres composants. En plus de la section RF, il existe généralement d'autres circuits analogiques sur la carte. Par exemple, de nombreux microcontrôleurs disposent d'un convertisseur analogique - numérique (ADC) intégré pour mesurer les entrées analogiques ainsi que la tension de la batterie ou d'autres paramètres. Si l'antenne de l'émetteur RF est située à proximité (ou au - dessus) du PCB, le signal haute fréquence émis peut atteindre l'entrée analogique de l'ADC. N'oubliez pas que tout circuit peut émettre ou recevoir des signaux RF comme une antenne. Si l'entrée ADC n'est pas traitée correctement, le signal RF peut s'auto - exciter à l'intérieur de la diode ESD de l'entrée ADC, ce qui entraîne une déviation de l'ADC.

Toutes les connexions à la couche de mise à la terre doivent être aussi courtes que possible et les trous de mise à la terre doivent être placés aux plots de l'élément (ou très près). Ne laissez jamais deux signaux de terre partager un via de terre. Cela peut entraîner une diaphonie entre les Plots en raison de la résistance à laquelle les trous sont connectés. Les condensateurs de découplage doivent être placés le plus près possible des broches et doivent être utilisés à chaque broche nécessitant un découplage. Les condensateurs céramiques de haute qualité, de type diélectrique "NPO" et "x7r" fonctionnent bien dans la plupart des applications. La valeur idéale de la capacité choisie doit être telle que sa résonance série soit égale à la fréquence du signal.

Par exemple, un condensateur de 100 PF monté sur un SMD fonctionnera bien à 434 MHz, aura une résistance d'environ 4 Å à 434 MHz et une réactance de via dans la même gamme. Les condensateurs et les trous en série forment un filtre coupe - bande à la fréquence du signal qui peut être découplé efficacement. À 868 MHz, un condensateur de 33 PF est un choix idéal. En plus du condensateur de faible valeur de découplage RF, un condensateur de haute valeur doit être placé sur la ligne d'alimentation pour découpler les basses fréquences, sélectionnez 2. 2 Island f céramique ou 10 Island f tantale condensateur.

Le routage en étoile est une technique bien connue dans la conception de circuits analogiques. Câblage en étoile - chaque module de la carte a son propre cordon d'alimentation provenant d'un point d'alimentation public. Dans ce cas, le câblage en étoile signifie qu'il devrait y avoir des lignes d'alimentation séparées pour les parties numérique et RF du circuit et que ces lignes d'alimentation devraient être découplées individuellement près de l'IC. C'est une partition de nombres

Une méthode efficace pour la partie RF et le bruit d'alimentation partielle. Si les modules à fort bruit sont placés sur la même carte, il est possible de mettre en série des inductances (billes magnétiques) ou de petites résistances (10Í) entre la ligne d'alimentation et les modules, et un condensateur au tantale d'au moins 10 ° f doit être utilisé pour découpler l'alimentation de ces modules. Modules tels que des variateurs RS 232 ou des régulateurs de puissance à découpage.

Pour réduire les interférences provenant du module de bruit et des composants analogiques environnants, la disposition de chaque module de circuit sur la carte est importante. Les modules sensibles (composants RF et antennes) doivent toujours être éloignés des modules bruyants (microcontrôleurs et pilotes RS 232) pour éviter les interférences. Comme indiqué ci - dessus, les signaux RF provoquent des interférences lors de leur transmission avec d'autres modules de circuits analogiques sensibles tels que les ADC. La plupart des problèmes se produisent dans les bandes de fréquences de fonctionnement inférieures (par exemple, 27 MHz) ainsi que dans les niveaux de sortie de puissance élevés. L'utilisation de la capacité de découplage RF (100 PF) de la masse pour découpler les points sensibles est une bonne pratique de conception.

Si vous utilisez un câble pour connecter la carte RF à un circuit numérique externe, utilisez une Paire torsadée. Chaque câble de signal doit être Paire torsadée avec un câble GNd (DIN / GND, dout / GND, CS / GND, PWR / up / GND). Utilisez un câble GNd à paires Torsadées pour connecter la carte RF à la carte d'application numérique. La longueur du câble doit être aussi courte que possible. Les lignes alimentant la carte RF doivent également être connectées à des paires Torsadées GNd (VDD / GND).