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Discussione sul layout RF e sulla partizione di progettazione semplice
Il significato del design del circuito radiofrequenziaRF è spesso descritto come una sorta di "arte nera" perché ci sono ancora molte incertezze in teoria. Tuttavia, la progettazione del circuito stampato RF ha anche molte linee guida che possono essere seguite e regole che non dovrebbero essere ignorate. Ma sappiamo che la tecnica veramente pratica è come compromettere queste linee guida e regole quando non possono essere attuate con precisione a causa di vari vincoli progettuali.
Il design del telefono cellulare di oggi integra tutto insieme in vari modi, il che è molto dannoso per la progettazione del circuito RF. La concorrenza nel settore è feroce ora, e tutti sono alla ricerca di un modo per integrare la maggior parte delle funzioni con le dimensioni più ridotte e il minor costo. I circuiti analogici, digitali e RF sono strettamente imballati insieme e lo spazio utilizzato per separare le loro aree problematiche è molto piccolo e considerando il fattore di costo, il numero di strati di circuiti stampati è spesso ridotto al minimo.
Progettazione del circuito RF La progettazione del circuito RF è la parte più problematica per gli ingegneri di progettazione, che richiede agli ingegneri di pianificare attentamente e prestare attenzione ai dettagli.
Concetto di layout RF
Quando siamo nel layout di RF, questi principi devono essere prioritari per essere soddisfatti:
Separare il più possibile l'amplificatore RF ad alta potenza (HPA) dall'amplificatore a basso rumore (LNA) e tenere il circuito trasmettitore RF ad alta potenza lontano dal circuito ricevitore RF a bassa potenza. Se c'è molto spazio fisico sul PCB, questo può essere fatto facilmente, ma di solito ci sono molti componenti e lo spazio PCB è piccolo. Puoi metterli su entrambi i lati del PCB, o lasciarli lavorare alternativamente invece di lavorare allo stesso tempo. . I circuiti ad alta potenza a volte includono buffer RF e oscillatori a tensione controllata (VCO). Assicurati che ci sia almeno un intero pezzo di terreno nell'area ad alta potenza del PCB, preferibilmente senza vias. Certo, più rame, meglio è. Anche il disaccoppiamento del chip e dell'alimentazione elettrica è estremamente importante e diversi modi per attuare questo principio saranno discussi in seguito. L'uscita RF di solito deve essere lontana dall'ingresso RF, come discuteremo in dettaglio più avanti. I segnali analogici sensibili dovrebbero essere il più lontano possibile dai segnali digitali ad alta velocità e dai segnali RF. Partizione di progettaLa partizione di progettazione consiste di una partizione fisica e di una partizione elettrica. Il partizionamento fisico coinvolge principalmente problemi come layout dei componenti, orientamento e schermatura; Il partizionamento elettrico può continuare a essere decomposto in partizioni per la distribuzione di energia, l'instradamento RF, i circuiti e i segnali sensibili e la messa a terra.
Il layout fisico della partizione Component è la chiave per raggiungere una buona progettazione RF. La tecnica più efficace è prima di fissare i componenti sul percorso RF e regolare il loro orientamento per ridurre al minimo la lunghezza del percorso RF, tenere l'ingresso lontano dall'uscita e, per quanto possibile, la separazione a terra dei circuiti ad alta potenza e dei circuiti a bassa potenza. Il metodo più efficace di impilamento del circuito stampato è quello di organizzare il piano di terra principale (terra principale) sul secondo strato sotto lo strato superficiale e indirizzare le linee RF sullo strato superficiale il più possibile. Ridurre al minimo le dimensioni dei vias sul percorso RF può non solo ridurre l'induttanza del percorso, ma anche ridurre i giunti di saldatura virtuali sul terreno principale e ridurre la possibilità di perdita di energia RF ad altre aree del laminato.
Nello spazio fisico, circuiti lineari come gli amplificatori multistadio sono di solito sufficienti per isolare più zone RF l'una dall'altra, ma i duplexer, i mixer e gli amplificatori/mixer a frequenza intermedia hanno sempre più RF/IF. I segnali interferiscono l'uno con l'altro, quindi bisogna fare attenzione per minimizzare questo effetto. Le tracce RF e IF devono essere incrociate il più possibile e un terreno dovrebbe essere posizionato tra di loro il più possibile. Il percorso RF corretto è molto importante per le prestazioni dell'intera scheda PCB, motivo per cui il layout dei componenti di solito rappresenta la maggior parte del tempo nella progettazione della scheda PCB del telefono cellulare.
Nonostante i problemi di cui sopra, gli schermi metallici sono molto efficaci e sono spesso l'unica soluzione per isolare i circuiti critici. Inoltre, il disaccoppiamento corretto ed efficace della potenza del chip è anche molto importante. Molti chip RF con circuiti lineari integrati sono molto sensibili al rumore di potenza. Di solito, ogni chip deve utilizzare fino a quattro condensatori e un induttore di isolamento per garantire che tutto il rumore di alimentazione sia filtrato.
Il valore minimo di capacità dipende solitamente dalla sua frequenza autoresonante e dall'induttanza bassa del perno e il valore di C4 è scelto di conseguenza. I valori di C3 e C2 sono relativamente grandi a causa della loro induttanza del perno, quindi l'effetto di disaccoppiamento RF è peggiore, ma sono più adatti per filtrare i segnali di rumore a bassa frequenza. L'induttanza L1 impedisce al segnale RF di aggregarsi nel chip dalla linea elettrica. Ricorda: tutte le tracce sono un'antenna potenziale che può ricevere e trasmettere segnali RF, ed è anche necessario isolare i segnali RF indotti dalle linee critiche.
Ricorda che le induttanze sono raramente vicine tra loro in parallelo, perché questo formerà un trasformatore air-core e inducono segnali di interferenza tra loro. La distanza tra di loro deve essere almeno l'altezza di uno dei dispositivi, o devono essere disposti ad angolo retto per ridurre la loro induttanza reciproca al più piccolo.
Separazione elettricaIl principio di zonizzazione elettrica è approssimativamente lo stesso di quello della zonizzazione fisica, ma contiene anche alcuni altri fattori. Alcune parti dei telefoni cellulari moderni utilizzano diverse tensioni operative e sono controllate da software per estendere la durata della batteria. Ciò significa che i telefoni cellulari devono funzionare più fonti di energia, e questo porta più problemi all'isolamento. L'alimentazione viene solitamente introdotta dal connettore e viene immediatamente disaccoppiata per filtrare qualsiasi rumore dall'esterno del circuito stampato, e poi distribuita dopo essere passata attraverso una serie di interruttori o regolatori.
La corrente continua della maggior parte dei circuiti nei telefoni cellulari è piuttosto piccola, quindi la larghezza di traccia di solito non è un problema. Tuttavia, una linea di corrente più ampia possibile deve essere instradata separatamente per l'alimentazione dell'amplificatore ad alta potenza per ridurre al minimo la caduta di tensione di trasmissione. Al fine di evitare troppe perdite di corrente, sono necessarie più vie per trasferire corrente da uno strato all'altro. Inoltre, se non può essere sufficientemente disaccoppiato al perno di alimentazione dell'amplificatore ad alta potenza, il rumore ad alta potenza si irradia su tutta la scheda e causerà vari problemi. La messa a terra degli amplificatori ad alta potenza è critica ed è spesso necessario progettare uno scudo metallico per esso.
Nella maggior parte dei casi, è anche fondamentale assicurarsi che l'uscita RF sia lontana dall'ingresso RF. Questo vale anche per amplificatori, buffer e filtri. Nel peggiore dei casi, se l'uscita dell'amplificatore e del buffer viene riportata al loro ingresso con fase e ampiezza adeguate, allora possono avere auto-oscillazione. Nel migliore dei casi, saranno in grado di lavorare stabilmente in qualsiasi condizione di temperatura e tensione. Infatti, possono diventare instabili e aggiungere segnali di rumore e intermodulazione al segnale RF.
In breve, su ogni strato della scheda PCB, dovrebbero essere posati il maggior numero possibile di motivi e collegati alla terra principale. Posizionare le tracce il più vicino possibile per aumentare il numero di trame dello strato interno del segnale e dello strato di distribuzione dell'energia, e regolare le tracce in modo appropriato in modo da poter disporre i vias di connessione a terra ai trame isolati sulla superficie. La terra libera dovrebbe essere evitata sui vari strati del PCB perché possono raccogliere o iniettare rumore come una piccola antenna. Nella maggior parte dei casi, se non riesci a collegarli alla terra principale, allora è meglio rimuoverli.
