Progettazione PCB - Sintesi della disposizione e dell'esperienza di routing dei PCB RF

Il design del PCB a radiofrequenza (RF) è spesso descritto come una sorta di "arte nera" perché ci sono ancora molte incertezze teoriche, ma questa visione è solo parzialmente corretta. La progettazione del circuito stampato RF ha anche molte linee guida che possono essere seguite e non dovrebbe essere ignorata la legge. Di seguito è riportato un riassunto delle condizioni che devono essere soddisfatte quando si progetta il layout RF della scheda PCB del telefono cellulare:

1.1 Separare il più possibile l'amplificatore RF ad alta potenza (HPA) e l'amplificatore a basso rumore (LNA). In poche parole, tenere il circuito del trasmettitore RF ad alta potenza lontano dal circuito del ricevitore RF a bassa potenza. Il telefono cellulare ha molte funzioni e molti componenti, ma lo spazio PCB è piccolo. Allo stesso tempo, considerando che il processo di progettazione del cablaggio ha il limite più alto, tutti questi hanno requisiti relativamente elevati per le competenze di progettazione. In questo momento, potrebbe essere necessario progettare un PCB da quattro a sei strati e 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. I segnali analogici sensibili dovrebbero essere il più lontano possibile dai segnali digitali ad alta velocità e dai segnali RF.

1.2 La partizione di progettazione può essere decomposta nella divisione fisica e nella divisione 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, il cablaggio RF, i circuiti e i segnali sensibili e la messa a terra.

1.2.1 Discutiamo la questione del partizionamento fisico. Il layout dei componenti è la chiave per ottenere 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 di impilamento PCB più efficace è quello di organizzare il piano di terra principale (terra principale) sul secondo strato sotto lo strato superficiale e instradare 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.

1.2.2 Le tracce RF e IF devono essere attraversate per quanto possibile e posizionate tra di esse il più possibile un terreno. 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. Nella progettazione della scheda PCB del telefono cellulare, di solito il circuito dell'amplificatore a basso rumore può essere posizionato su un lato della scheda PCB e l'amplificatore ad alta potenza è posizionato dall'altro lato e infine sono collegati all'estremità RF e all'elaborazione della banda base sullo stesso lato attraverso un duplexer. Sull'antenna alla fine del dispositivo. Alcuni trucchi sono necessari per garantire che i fori dritti non trasferiscano energia RF da un lato all'altro della scheda. Una tecnica comune è quella di utilizzare fori ciechi su entrambi i lati. Gli effetti negativi dei fori dritti possono essere ridotti al minimo disponendo i fori dritti in aree prive di interferenze RF su entrambi i lati della scheda PCB. A volte è impossibile garantire un isolamento sufficiente tra più blocchi di circuito. In questo caso, è necessario considerare l'uso di uno scudo metallico per schermare l'energia RF nell'area RF. Lo scudo metallico deve essere saldato al suolo e deve essere mantenuto con i componenti. Una distanza adeguata, quindi ha bisogno di occupare spazio prezioso sulla scheda PCB.

1.2.3 Anche il disaccoppiamento corretto ed efficace della potenza dei chip è 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. Un circuito integrato o un amplificatore spesso ha un'uscita open-drain, quindi è necessario un induttore pull-up per fornire un carico RF ad alta impedenza e un alimentatore DC a bassa impedenza. Lo stesso principio vale per il disaccoppiamento dell'alimentazione elettrica da questo lato induttore.

1.3 Quando si progetta la scheda PCB del telefono cellulare, grande attenzione dovrebbe essere prestata ai seguenti aspetti

1.3.1 Trattamento dell'alimentazione elettrica e del cavo di massa

Anche se il cablaggio dell'intera scheda PCB è ben completato, l'interferenza causata dalla considerazione impropria dell'alimentazione elettrica e del filo di terra ridurrà le prestazioni del prodotto e a volte influenzerà anche il tasso di successo del prodotto. Pertanto, il cablaggio dei cavi elettrici e di terra deve essere preso sul serio e l'interferenza acustica generata dai cavi elettrici e di terra deve essere minimizzata per garantire la qualità del prodotto. Ogni ingegnere impegnato nella progettazione di prodotti elettronici comprende la causa del rumore tra il cavo di massa e il cavo di alimentazione, e ora solo la riduzione del rumore è descritta:

(1) È ben noto aggiungere condensatori di disaccoppiamento tra l'alimentazione elettrica e la terra.

(2) Allargare la larghezza del cavo di alimentazione e di terra il più possibile, preferibilmente il cavo di terra è più ampio del cavo di alimentazione, la loro relazione è: filo di terra>filo di alimentazione>filo di segnale, di solito la larghezza del cavo di segnale è: 0.2～0.3mm, la più sottile larghezza può raggiungere 0.05～0.07mm e il cavo di alimentazione è 1.2～2.5mm. un filo di terra largo può essere utilizzato per formare un anello, cioè per formare una rete di terra da utilizzare (la terra del circuito analogico non può essere utilizzata in questo modo)

1.4 Le competenze e i metodi per la progettazione di PCB ad alta frequenza sono i seguenti:

1.4.1 Gli angoli della linea di trasmissione dovrebbero essere 45Â ° per ridurre la perdita di ritorno

1.4.2 Devono essere adottati circuiti stampati isolati ad alte prestazioni i cui valori costanti di isolamento sono rigorosamente controllati secondo il livello. Questo metodo favorisce una gestione efficace del campo elettromagnetico tra il materiale isolante e il cablaggio adiacente.

1.4.3 Migliorare le specifiche di progettazione PCB relative all'incisione ad alta precisione. È necessario considerare che l'errore totale della larghezza della linea specificata è +/-0,0007 pollici, il sottopassaggio e la sezione trasversale della forma del cablaggio dovrebbero essere gestiti e dovrebbero essere specificate le condizioni di placcatura della parete laterale del cablaggio. La gestione complessiva della geometria del cablaggio (filo) e della superficie del rivestimento è molto importante per risolvere il problema dell'effetto pelle relativo alla frequenza delle microonde e realizzare queste specifiche.