Blogue PCB - Comment placer des circuits RF et des circuits numériques sur une carte PCB

Ils peuvent être intégrés sur une petite carte PCB pour de nombreux domaines tels que l'audio numérique sans fil, les systèmes de transmission de données vidéo numérique, les systèmes de télécommande et de télémétrie sans fil, les systèmes d'acquisition de données sans fil, les réseaux sans fil et les systèmes de sécurité sans fil.

Conflits potentiels entre circuits numériques et analogiques si les circuits analogiques (RF) et numériques (microcontrôleurs) fonctionnent séparément, ils peuvent bien fonctionner, mais une fois qu'ils sont placés sur la même carte et alimentés par la même source d'énergie, l'ensemble du système est probablement 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 très courte, typiquement au niveau ns. Du fait de la grande amplitude et du temps de commutation réduit, ces signaux numériques contiennent un grand nombre de composantes hautes fréquences indépendantes de la fréquence de commutation. Dans la partie analogique, le signal issu de l'Accord d'antenne vers la partie réception du dispositif sans fil est typiquement inférieur à 1°v. La différence entre le signal numérique et le signal RF sera donc de 10 - 6 (120 Db). De toute évidence, si le signal numérique n'est pas bien séparé du Signal RF, un signal RF faible peut être endommagé, ce qui peut détériorer les performances de fonctionnement de l'appareil sans fil, voire le rendre complètement inutilisable.

2.faq circuits RF et circuits numériques sur le même PCB sensible et l'isolation insuffisante des lignes de signal de bruit est un problème commun. Comme indiqué ci - dessus, le signal numérique présente une forte Oscillation et contient un grand nombre d'harmoniques haute fréquence. Si le routage du signal numérique sur le PCB est adjacent à un signal analogique sensible, les harmoniques haute fréquence peuvent être couplées à travers. Les noeuds sensibles d'un dispositif RF sont généralement un circuit de filtre de 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, et ces parties du circuit doivent être manipulées avec un soin particulier. (1) bruit d'alimentation parce que le signal d'entrée / sortie a une oscillation de quelques volts, les circuits numériques peuvent généralement être utilisés pour le bruit d'alimentation (moins de 50 MV). D'autre part, les circuits analogiques sont très sensibles aux bruits d'alimentation, en particulier aux tensions de bavure et autres harmoniques haute fréquence. Par conséquent, lors du câblage des lignes d'alimentation sur des circuits imprimés contenant des circuits RF (ou d'autres circuits analogiques), vous devez être plus prudent que sur une carte numérique normale et vous devez éviter le câblage automatique. Il est également à noter que les microcontrôleurs modernes étant conçus sur un procédé CMOS, le microcontrôleur (ou autre circuit numérique) va soudainement puiser la majeure partie du courant pendant une courte période de chaque cycle d'horloge interne. Ainsi, en supposant que le microcontrôleur fonctionne à une fréquence d'horloge interne de 1 MHz, il tirera un courant (pulsé) de la source d'alimentation à cette fréquence, ce qui entraînera inévitablement des bavures de tension sur la ligne d'alimentation si un découplage approprié de la source d'alimentation n'est pas effectué. Si ces bavures de tension atteignent les broches d'alimentation de la partie RF du circuit, cela peut sérieusement entraîner un échec du travail et il est donc important de s'assurer que les lignes d'alimentation analogiques sont séparées de la zone du circuit numérique. (2) une carte RF de fil de terre déraisonnable devrait toujours avoir un plan de masse connecté au pôle négatif de l'alimentation, ce qui peut entraîner un comportement étrange si elle n'est pas manipulée correctement. Cela peut être difficile à comprendre pour les concepteurs de circuits numériques, car la plupart des circuits numériques fonctionnent bien même sans plan de masse. Dans la bande RF, même un fil très court peut jouer le rôle d'une inductance. Grossièrement calculé, l'inductance par millimètre de longueur est d'environ 1 NH et à 434 MHz, une ligne PCB de 10 mm a une inductance d'environ 27 îlots. Sans plan de mise à la terre, la plupart des lignes de mise à la terre seront longues et le circuit ne garantira pas les caractéristiques de conception. (3) le rayonnement de l'antenne à d'autres composants analogiques est souvent négligé dans les circuits contenant RF 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) de ce PCB, le signal haute fréquence émis peut atteindre l'entrée analogique de l'ADC. N'oubliez pas que toute ligne de circuit peut émettre ou recevoir un signal RF comme une antenne. Si l'entrée ADC n'est pas traitée correctement, le signal RF peut s'auto - exciter dans la diode ESD de l'entrée ADC, provoquant une dérive de l'ADC. Les circuits RF et les circuits numériques sont donnés ci - dessous pour la solution a sur le même PCB, quelques stratégies générales de conception et de routage dans la plupart des applications RF. Cependant, dans les applications du monde réel, il est plus important de suivre les recommandations de routage des périphériques RF. (1) un plan de mise à la terre fiable doit toujours être utilisé lors de la conception de PCB avec des composants RF. L'objectif est d'établir un point de potentiel 0v efficace dans le circuit qui permet de découpler facilement tous les dispositifs. La borne 0v de l'alimentation doit être connectée directement à ce plan de masse. Du fait de la faible impédance du plan de masse, il n'y aura pas de couplage de signal entre les deux noeuds déjà découplés. Ceci est très important car l'amplitude de plusieurs signaux sur la carte peut varier de 120 db. Sur un PCB monté en surface, tous les signaux sont câblés du même côté de la surface de montage du composant et le plan de masse est du côté opposé. Le plan de masse idéal devrait couvrir tout le PCB (sauf sous le PCB de l'antenne). Si plus de deux couches de PCB sont utilisées, la couche de terre doit être placée sur une couche adjacente à la couche de signal (par exemple, la couche suivante du côté du composant). Une autre bonne méthode consiste à remplir la partie vide de la couche de routage de signaux avec un plan de masse qui doit être relié au plan de masse principal par plusieurs trous. Il est à noter que le choix de la valeur de l'inductance et l'agencement de l'inductance doivent être soigneusement pris en compte, car la présence d'un point de mise à la masse entraîne une modification des caractéristiques de l'inductance à ses côtés. (2) distances de connexion raccourcies à la couche de terre toutes les connexions au plan de terre doivent être aussi courtes que possible et les trous de passage de terre doivent être placés aux plots de l'assemblage (ou très près de ceux - ci). Ne permettez jamais à deux signaux de terre de partager un trou de passage de terre, car cela pourrait entraîner une diaphonie entre les deux Plots en raison de l'impédance de connexion du trou de passage. (3) Les condensateurs de découplage par découplage RF doivent être placés aussi près que possible des broches et doivent être découplés à l’aide de condensateurs à chaque broche où le découplage est requis. En utilisant des condensateurs en céramique de haute qualité, le type de média "NPO", "x7r" fonctionne également bien dans la plupart des applications. La valeur idéale du condensateur doit être choisie pour que sa résonance série soit égale à la fréquence du signal. Par exemple, à 434 MHz, un condensateur de 100 PF monté sur SMD fonctionnera bien. A cette fréquence, la tolérance du condensateur est de l'ordre de 4 îlots et l'inductance des pores traversants est dans la même gamme. Les condensateurs et les perçages en série forment un filtre coupe - bande pour la fréquence du signal, ce qui permet un découplage efficace. À 868 MHz, le condensateur 33pf est idéal. En plus des condensateurs de petite valeur pour la désagglomération radiofréquence