Technologie PCB - Circuit haute fréquence PCB design

Les composants évoluent vers une vitesse élevée, une faible consommation d'énergie, une petite taille et une haute résistance aux interférences. Cette tendance au développement impose de nombreuses nouvelles exigences en matière de conception de circuits imprimés. La conception de PCB est une étape importante dans la conception de produits électroniques. Une fois la conception du Schéma électrique terminée, plusieurs plaques fonctionnelles sont déterminées en fonction des exigences structurelles et de la division fonctionnelle, tandis que les dimensions extérieures et la méthode d'installation de chaque carte fonctionnelle PCB doivent être déterminées. Considérez la facilité de mise en service et de maintenance, ainsi que des facteurs tels que le blindage, la dissipation thermique et les performances EMI. Demandez à l'Ingénieur de déterminer la disposition et le schéma de câblage, de déterminer les détails et les méthodes de câblage des circuits clés et des lignes de signal, ainsi que les principes de câblage à suivre. Plusieurs étapes du processus de conception de PCB doivent être vérifiées, analysées et modifiées. Une fois le câblage complet terminé, une vérification complète des règles peut être effectuée avant le traitement.

1. Introduction

2. Conception de PCB à grande vitesse

Dans l'ingénierie des produits, la conception de PCB occupe une place très importante, en particulier dans la conception électrique à haute fréquence. Il existe des règles générales qui seront considérées comme des lignes directrices générales. L'application des principes de conception de PCB et de la technologie des circuits haute fréquence à la conception peut grandement améliorer le succès de la conception.

(1) Principe de conception de câblage PCB de circuit à grande vitesse

1. Afin de minimiser les éventails logiques, il est préférable de ne transporter qu'une seule charge.

2. Évitez autant que possible d'utiliser des Vias entre la sortie et la réception de la ligne de signal à grande vitesse et évitez le croisement de motifs de broches. Les lignes de signaux d'horloge en particulier nécessitent une attention particulière.

3. Les lignes de signal des couches adjacentes supérieures et inférieures doivent être perpendiculaires les unes aux autres pour éviter les virages à angle droit.

4. La résistance de charge en parallèle doit être placée aussi près que possible de l'extrémité de réception.

5. Afin d’assurer une réflexion minimale, la longueur de toutes les lignes ouvertes (ou sans terminaux correspondants) doit répondre à la formule suivante:

Lopen longueur de la route ouverte (pouces)

Trise - - temps de montée du signal (NS)

TPD - - retard de propagation de la ligne (0188 NS / in -) selon les caractéristiques de la ligne à ruban.

Temps de montée typique de plusieurs circuits logiques à grande vitesse:

6. Lorsque la longueur du circuit ouvert dépasse la valeur requise par la formule ci - dessus, une résistance d'amortissement en série doit être utilisée et, dans la mesure du possible, une résistance de fin de série doit être connectée à la broche de sortie.

7. Assurez - vous que le circuit analogique et le circuit numérique sont séparés. L'agnd et le dgnd doivent être reliés entre eux par des inductances ou des billes magnétiques et doivent être situés aussi près que possible du convertisseur A / D.

8. Assurez - vous que la puissance a un découplage suffisant.

9. Il est préférable d'utiliser des résistances et des condensateurs montés en surface.

(2) Bypass et découplage

1. Avant de choisir un condensateur de découplage, calculez d'abord les exigences de fréquence de résonance pour le courant haute fréquence filtré.

2. Au - dessus de la fréquence d'auto - résonance, le condensateur deviendra inductif et perdra sa capacité de découplage. Il est à noter que certains circuits logiques ont une énergie spectrale supérieure à la fréquence de résonance du condensateur de découplage commun lui - même.

3. La fréquence de résonance du récipient lui - même est appelée fréquence d'auto - résonance. Si vous voulez filtrer les hautes fréquences

4. Il est nécessaire de calculer la valeur de la capacité requise en fonction de l'énergie RF contenue dans le circuit, du temps de montée du circuit de commutation et de la plage de fréquence à laquelle une attention particulière est accordée. Ne pas utiliser la conjecture ou l'utiliser selon l'utilisation habituelle précédente.

5. Calculez la fréquence de résonance du plan de masse et du plan d'alimentation. Un condensateur de découplage construit avec ces deux plans permet d'obtenir le maximum d'avantages.

6. Pour les composants et les zones à grande vitesse avec une énergie de bande passante RF riche, plusieurs condensateurs doivent être utilisés en parallèle pour éliminer l'énergie RF avec une large bande passante. On notera également que les petits condensateurs restent capacitifs lorsqu'un grand condensateur devient inductif à haute fréquence. À une fréquence spécifique, il forme un circuit résonant LC, ce qui entraîne une impédance infiniment grande et donc une perte totale de la fonction de Bypass. Si cela se produit, il est plus efficace d'utiliser un seul condensateur.

7. Placer des condensateurs en parallèle sur le côté de tous les connecteurs d'entrée d'alimentation sur la carte et sur les broches d'alimentation des éléments avec un temps de montée plus rapide que 3ns.

8. Dans la direction diagonale de la borne d'entrée d'alimentation PCB et de la clé, un condensateur de capacité suffisante doit être utilisé pour assurer les variations de courant générées lors de la commutation du circuit. La même considération devrait être donnée aux condensateurs de découplage des autres circuits. Plus le courant de fonctionnement est grand, plus la capacité requise est grande. Pour réduire les pulsations de tension et de courant, améliorer la stabilité du système. Le condensateur de découplage a donc un double rôle de découplage et de roue libre.

9. Si vous utilisez trop de condensateurs de découplage, une grande quantité de courant est prélevée de l'alimentation lorsque celle - ci est allumée. Par conséquent, un grand ensemble de condensateurs doit être placé à la sortie de l'alimentation pour fournir une grande quantité de courant.

(3) Transformation d'impédance et adaptation

1. Dans les circuits basse fréquence, le concept d'adaptation est très important (rendre l'impédance de charge égale à la résistance interne de la source d'excitation). Dans les circuits haute fréquence, l'adaptation des bornes de la ligne de signal est encore plus importante:

D'une part, exiger Zl = ZC pour s'assurer qu'il n'y a pas d'ondes stationnaires le long de la ligne; D'autre part, pour obtenir une puissance maximale, il est nécessaire d'adapter l'entrée de la ligne de signal à la source d'excitation conjuguée. L'adaptation affecte donc directement les performances de fonctionnement du circuit micro - ondes. Visible

Si les bornes ne correspondent pas, une réflexion et une onde stationnaire apparaissent sur la ligne de signal, ce qui entraîne une diminution de la puissance de la charge (une onde stationnaire de forte puissance peut également créer une étincelle à l'abdomen de l'onde).

En raison de la présence d'ondes réfléchies, il peut nuire à la source d'excitation, entraînant une diminution de la stabilité de la fréquence de fonctionnement et de la puissance de sortie.

Cependant, en pratique, les impédances caractéristiques d'une impédance de charge et d'une ligne de signal données ne sont pas nécessairement identiques, et les impédances de la ligne de signal et de la source d'excitation ne sont pas nécessairement conjuguées, d'où la nécessité de connaître et d'appliquer des techniques d'adaptation d'impédance.

Convertisseur 2.island / 4 impédance

Lorsque la longueur de la ligne de signal l = Island / 4, c'est - à - dire Island l = Í / 2, on obtient: Zin = zc2 / Zl

La formule ci - dessus indique qu'après la modification de la ligne de transmission Island / 4pcb, son impédance changera considérablement. On sait que lorsque Zl ne correspond pas, la reconfiguration de la ligne de transmission PCB peut être utilisée à des fins de correspondance. Pour deux lignes de transmission PCB d'impédances caractéristiques z'C et Z "C, il est possible de connecter les lignes de transmission PCB pour réaliser l'adaptation de z'C à Z" c.

Il est à noter qu'après adaptation de deux lignes de transmission PCB d'impédances différentes, le convertisseur Island / 4 impédance fonctionne à une fréquence très étroite.

3. Correspondance de court - circuit de branche unique

En connectant de courtes routes avec une structure appropriée à l'emplacement approprié de la ligne de transmission PCB, l'impédance de la ligne de transmission PCB peut être modifiée à des fins d'adaptation.

(4) couches de PCB

Les circuits haute fréquence ont tendance à avoir un degré d'intégration plus élevé et une densité de câblage plus élevée. L'utilisation de plaques multicouches n'est pas seulement nécessaire pour le câblage, c'est aussi un moyen efficace de réduire les interférences. Un choix raisonnable du nombre de couches peut réduire considérablement la taille de la plaque d'impression. Il peut tirer pleinement parti de la couche intermédiaire pour définir le blindage, ce qui permet une meilleure réalisation du blindage. La mise à la terre proche peut réduire efficacement l'inductance parasite, peut raccourcir efficacement la longueur de transmission du signal, peut réduire considérablement les interférences croisées entre les signaux, etc., ce qui favorise le fonctionnement fiable du circuit haute fréquence. Il existe des données montrant que le même matériau est meilleur que le panneau à quatre couches. Le bruit d'un panneau double face est inférieur de 20 DB, mais plus le nombre de couches est élevé, plus le processus de fabrication est complexe et coûteux.

(5) isolation de puissance et séparation de fil de terre

Le câblage de circuits avec des fonctions différentes ou des exigences différentes nécessite souvent une isolation de l'alimentation et une mise à la terre. Par exemple, les circuits analogiques et numériques, les circuits à signal faible et fort, les circuits sensibles (PLL, déclencheurs à faible gigue, etc.) et d'autres circuits devraient minimiser les interférences mutuelles pour permettre au circuit de répondre aux spécifications attendues.

Exigences de base:

1. La couche d'alimentation ou la couche de mise à la terre de différentes zones doivent être connectées ensemble à l'entrée de l'alimentation, généralement une structure arborescente ou une structure de doigt, la méthode de division de la ligne de terre, l'espace de division et le bord de la carte des différents circuits fonctionnels ne doivent pas être inférieurs à 2 mm.

2. Les différents types de zones d'alimentation et les zones au sol ne peuvent pas se croiser

3. Fossés et ponts. Les boucles de transmission de signaux entre les différents circuits fonctionnels ont tendance à être discontinues en raison de la Division du plan de masse. Pour garantir la connexion du signal, de l'alimentation et de la terre, outre l'utilisation d'un transformateur d'isolation (qui ne peut pas transmettre de signaux continus), d'isolation par couplage optique (qui ne peut pas transmettre de signaux à haute fréquence), les méthodes de pontage sont couramment utilisées. Le "pont" est en fait une brèche dans le fossé, il n'y a qu'un seul endroit. Les lignes de signal, l'alimentation électrique et la mise à la terre passent toutes par la tranchée d'ici, comme indiqué sur la figure.lors de l'utilisation de cette méthode, si c'est un système de mise à la terre multipoint (toutes les conceptions à grande vitesse sont), il est préférable de connecter les deux côtés du pont à la mise à la terre du châssis.

3. Conclusion

Dans l'ingénierie des produits, la conception de PCB occupe une place très importante, en particulier dans la conception électrique à haute fréquence. La même conception de principe, les mêmes composants, les PCB produits par différentes personnes ont des résultats différents. Il y a beaucoup de choses qui fonctionnent en principe, mais qui sont difficiles à réaliser en ingénierie, ou que d'autres peuvent réaliser et que d'autres ne peuvent pas. Par conséquent, il n'est pas difficile de faire une carte PCB, mais il n'est pas facile de faire une carte PCB. Quelque chose.