Tecnologia RF - Problemi di interferenza da considerare nella progettazione di PCB ad alta frequenza

Nella progettazione di PCB ad alta frequenza, gli ingegneri devono considerare quattro aspetti di interferenza: rumore dell'alimentazione elettrica, interferenza della linea di trasmissione, accoppiamento, interferenza elettromagnetica (EMI).

1., Rumore dell'alimentazione elettrica

Nel circuito ad alta frequenza, il rumore dell'alimentatore ha un'influenza evidente sul segnale ad alta frequenza. Pertanto, il primo requisito dell'alimentazione elettrica è a basso rumore. Un pavimento pulito è importante quanto un alimentatore pulito. L'alimentatore ha una certa impedenza e l'impedenza è distribuita in tutto l'alimentatore. Pertanto, il rumore sarà anche sovrapposto all'alimentazione elettrica. Quindi dovremmo ridurre al minimo l'impedenza dell'alimentazione elettrica, quindi è meglio avere uno strato di alimentazione e uno strato di messa a terra dedicato. Nella progettazione del circuito hf, è molto meglio progettare l'alimentazione come uno strato che come un bus nella maggior parte dei casi, in modo che il loop possa sempre seguire il percorso di impedenza minima. Inoltre, la scheda di alimentazione deve fornire un loop di segnale per tutti i segnali generati e ricevuti sul PCB. Questo riduce al minimo il loop del segnale e quindi riduce il rumore, che è spesso trascurato dai progettisti di circuiti a bassa frequenza.

Ci sono diversi modi per eliminare il rumore di alimentazione nella progettazione PCB:

1. Prestare attenzione al foro passante sulla scheda: il foro passante rende lo strato di alimentazione necessario per incidere l'apertura per lasciare spazio per il foro passante attraverso. Se l'apertura dello strato di alimentazione elettrica è troppo grande, è destinata a influenzare il loop del segnale, il segnale è costretto a bypassare, l'area del loop aumenta e il rumore aumenta. Allo stesso tempo, se più linee di segnale sono raggruppate vicino all'apertura e condividono lo stesso loop, l'impedenza comune causerà crosstalk.

2, la linea di connessione ha bisogno di terreno sufficiente: ogni segnale deve avere il suo loop di segnale proprietario e l'area del loop del segnale e del loop è il più piccolo possibile, vale a dire, il segnale e il loop dovrebbero essere paralleli.

3, alimentatore analogico e digitale per separare: i dispositivi ad alta frequenza sono generalmente molto sensibili al rumore digitale, quindi i due dovrebbero essere separati, collegati all'ingresso dell'alimentatore, se il segnale attraverso le parti analogiche e digitali delle parole, è possibile posizionare un loop attraverso il segnale per ridurre l'area del loop. La portata digitale-analogica utilizzata per il loop del segnale è mostrata nella Figura 3.

4. Evitare la sovrapposizione di alimentatori separati tra diversi strati: altrimenti, il rumore del circuito può passare facilmente attraverso l'accoppiamento capacitivo parassitario.

5, isolamento di componenti sensibili: come PLL.

6. posizionare la linea di alimentazione: per ridurre il ciclo di segnale, posizionare la linea di alimentazione sul bordo della linea di segnale per ridurre il rumore.

2, Linea di trasmissione

Ci sono solo due linee di trasmissione in PCB: linea del nastro e linea del microonde. Il problema più grande della linea di trasmissione è la riflessione, che causerà molti problemi. Ad esempio, il segnale di carico sarà la sovrapposizione del segnale originale e del segnale di eco, che aumenterà la difficoltà di analisi del segnale. La riflessione causa la perdita di ritorno (perdita di ritorno), che colpisce il segnale tanto quanto l'interferenza del rumore additivo:

(1) il segnale riflesso alla sorgente del segnale aumenterà il rumore del sistema, rendendo più difficile per il ricevitore distinguere il rumore dal segnale;

(2) Qualsiasi segnale riflesso ridurrà la qualità del segnale, cambierà la forma del segnale in ingresso. In generale, la soluzione è principalmente la corrispondenza dell'impedenza (ad esempio, l'impedenza dell'interconnessione dovrebbe corrispondere molto all'impedenza del sistema), ma a volte il calcolo dell'impedenza è più problematico, si può fare riferimento ad alcuni software di calcolo dell'impedenza della linea di trasmissione.

I metodi per eliminare l'interferenza della linea di trasmissione nella progettazione PCB sono i seguenti:

a) Evitare la discontinuità di impedenza delle linee di trasmissione. Il punto di impedenza discontinua è il punto di mutazione della linea di trasmissione, come un angolo dritto, foro passante, ecc., dovrebbe essere evitato per quanto possibile. Metodi: Per evitare angoli dritti della linea, per quanto possibile per andare 45° Angolo o arco, può anche essere grande Angolo; Utilizzare il minor numero possibile di fori passanti, perché ogni foro passante è una discontinuità di impedenza e il segnale esterno evita di passare attraverso lo strato interno e viceversa.

(b) Non utilizzare linee di palo. Perché ogni pila è una fonte di rumore. Se la linea del palo è corta, può essere collegata alla fine della linea di trasmissione; Se la linea del palo è lunga, prenderà la linea principale di trasmissione come fonte e produrrà grande riflessione, che complicherà il problema. Si raccomanda di non usarlo.

3, accoppiamento

(1) Accoppiamento di impedenza comune: è un canale comune di accoppiamento, cioè, la sorgente di interferenza e il dispositivo interferito condividono spesso alcuni conduttori (come l'alimentazione elettrica del ciclo, il bus, la messa a terra pubblica, ecc.). In questo canale, il drop back del Ic causa una tensione di modalità comune nel ciclo di corrente di serie, che colpisce il ricevitore.

(2) L'accoppiamento common-mode di campo causerà la tensione common-mode della sorgente di radiazione nel ciclo formato dal circuito interferito e sulla superficie di riferimento comune. Se il campo magnetico è dominante, il valore della tensione in modalità comune generata nel circuito di massa di serie è Vcm=-(â953;³B/â ι ³t)* area (dove â ι ³B= variazione dell'intensità di induzione magnetica). Se è un campo elettromagnetico quando il suo valore di campo elettrico è noto, la sua tensione indotta: Vcm=(L * H * F * E) /48, la formula è adatta per L(m) =150MHz, oltre questo limite, il calcolo della tensione indotta massima può essere semplificato come Vcm = 2 * H * E.

(3) accoppiamento di campo di modo differenziale: si riferisce alla radiazione diretta indotta e ricevuta dalla coppia di fili o dal cavo sul circuito stampato e il suo ciclo. Se ti avvicini il più possibile ai due fili. Questo accoppiamento è notevolmente ridotto, quindi i due fili possono essere attorcigliati insieme per ridurre le interferenze.

(4) l'accoppiamento inter-linea (crosstalk) può rendere qualsiasi linea uguale al circuito parallelo tra l'accoppiamento indesiderato, grave danneggerà notevolmente le prestazioni del sistema. Il suo tipo può essere diviso in crosstalk capacitivo e crosstalk percettivo. Il primo è perché la capacità parassitaria tra le linee fa il rumore sulla sorgente di rumore accoppiato alla linea di ricezione del rumore attraverso l'iniezione di corrente. Quest'ultimo può essere considerato come l'accoppiamento di segnali tra gli stadi primari di un trasformatore parassitario indesiderato. La dimensione del crosstalk induttivo dipende dalla vicinanza dei due cicli, dalla dimensione dell'area del ciclo e dall'impedenza del carico interessato.

(5) accoppiamento della linea di alimentazione: si riferisce alla trasmissione di interferenze elettromagnetiche ad altre apparecchiature dopo che la linea di alimentazione AC o DC è interferita.

Ci sono diversi modi per eliminare il crosstalk nella progettazione PCB:

1. La dimensione dei due tipi di crosstalk aumenta con l'aumento dell'impedenza di carico, quindi la linea di segnale sensibile alle interferenze causate da crosstalk dovrebbe essere correttamente terminata.

2, per quanto possibile per aumentare la distanza tra le linee di segnale, può efficacemente ridurre il crosstalk capacitivo. Gestione a terra, spaziatura tra i cavi (come linee di segnale attive e linee di terra per l'isolamento, specialmente nello stato del salto tra la linea di segnale e terra a intervallo) e ridurre l'induttanza del piombo.

3. Il crosstalk capacitivo può anche essere efficacemente ridotto inserendo un filo di terra tra le linee di segnale adiacenti, che deve essere collegato alla formazione ogni quarto di lunghezza d'onda.

4. Per un crosstalk sensibile, l'area del loop deve essere minimizzata e, se consentito, il loop deve essere eliminato.

5. Evitare il ciclo di condivisione del segnale.

6, prestare attenzione all'integrità del segnale: il progettista dovrebbe realizzare la connessione finale nel processo di saldatura per risolvere l'integrità del segnale. I progettisti che utilizzano questo approccio possono concentrarsi sulla lunghezza del microstrip del foglio di rame schermante per ottenere una buona prestazione di integrità del segnale. Per i sistemi con connettori densi nella struttura di comunicazione, il progettista può utilizzare un PCB come terminale.

4., Interferenza elettromagnetica

Con l'aumentare della velocità, l'IME diventa sempre più grave e si presenta sotto molti aspetti (come le interferenze elettromagnetiche alle interconnessioni). I dispositivi ad alta velocità sono particolarmente sensibili a questo e riceveranno segnali falsi ad alta velocità, mentre i dispositivi a bassa velocità ignoreranno tali segnali falsi.

Ci sono diversi modi per eliminare le interferenze elettromagnetiche nella progettazione PCB:

1. Ridurre i loop: Ogni loop è equivalente a un'antenna, quindi abbiamo bisogno di ridurre al minimo il numero di loop, l'area dei loop e l'effetto antenna dei loop. Assicurarsi che il segnale abbia un solo percorso di loop in due punti, evitare loop artificiali e utilizzare il livello di potenza quando possibile.

2, filtraggio: nella linea elettrica e nella linea del segnale possono prendere il filtraggio per ridurre EMI, ci sono tre metodi: condensatore di disaccoppiamento, filtro EMI, componenti magnetici.

3, schermatura. A causa della lunghezza della questione più un sacco di articoli schermanti di discussione, non è più un'introduzione specifica.

4, cercare di ridurre la velocità dei dispositivi ad alta frequenza.

5, aumentare la costante dielettrica della scheda PCB, può impedire alle parti ad alta frequenza come la linea di trasmissione vicino alla scheda di irradiarsi verso l'esterno; Aumentare lo spessore della scheda PCB, ridurre al minimo lo spessore della linea microstrip, può prevenire la fuoriuscita della linea elettromagnetica, può anche prevenire la radiazione.