Tecnologia RF - Interferenza nella progettazione di PCB ad alta frequenza

Nella progettazione di PCB ad alta frequenza, engineers need to consider power noise, interferenza della linea di trasmissione, coupling, electromagnetic interference (EMI) interference in four aspects.

1. Rumore dell'alimentazione elettrica

In the alta frequenza circuit, il rumore dell'alimentatore ha un impatto significativo sul segnale ad alta frequenza. Therefore, Il primo requisito è che l'alimentazione elettrica sia a basso rumore. Here, terra pulita e energia pulita sono altrettanto importanti. Why? Le caratteristiche di potenza sono illustrate nella figura 1. Obviously, l'alimentazione ha una certa impedenza, and the impedance is distributed throughout the power supply, così il rumore sarà anche sovrapposto sull'alimentatore. Then we should minimize the impedance of the power supply as much as possible, Quindi è meglio avere un livello di potenza proprietario e un livello di contatto. In the high frequency circuit design, l'alimentazione elettrica è progettata sotto forma di strati, which in most cases is much better than in the form of buses, in modo che il circuito possa sempre seguire il percorso con la minore impedenza. In addition, La scheda di alimentazione fornisce anche un loop di segnale per tutti i segnali generati e ricevuti sul PCB, which can minimize the signal loop and reduce noise, che è spesso trascurato dai progettisti di circuiti a bassa frequenza.

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

1.1.Scheda di avviso attraverso i fori: Attraverso i fori rende necessario incidere le aperture sullo strato di potere per fare spazio ai fori passanti per passare attraverso. Se l'apertura dello strato di potenza è troppo grande, il circuito del segnale sarà influenzato, il segnale sarà costretto a bypassare, l'area del circuito aumenterà e il rumore aumenterà. Allo stesso tempo, se alcune linee di segnale sono concentrate vicino all'apertura e condividono questo loop, l'impedenza comune causerà crosstalk.

1.2 Le linee di collegamento hanno bisogno di abbastanza fili di terra: ogni segnale ha bisogno del proprio anello di segnale unico, and the area of the loop of the signal and loop is as small as possible, che è, the signal and loop should be parallel.

1.3.L'alimentazione dell'alimentazione analogica e digitale dovrebbe essere separata: i dispositivi ad alta frequenza sono generalmente molto sensibili al rumore digitale, quindi dovrebbero essere separati e collegati all'ingresso dell'alimentazione elettrica. Se il segnale deve coprire sia le parti analogiche che quelle digitali, un loop può essere posizionato all'incrocio del segnale per ridurre l'area del loop. Intervallo tra i numeri utilizzati nel ciclo di segnale.

1.4 Avoid overlapping of separate power supply layers: otherwise circuit noise can easily be coupled through parasitic capacitance.

1.5.Isolare elementi sensibili come PLL.

1.6. Posizionare il cavo di alimentazione: Per ridurre il circuito del segnale, reduce the noise by placing the power cord on the side of the signal line.

high frequency Progettazione PCB

2. Linee di trasmissione

There are only two kinds of transmission lines in PCB: strip line and microwave line. Il problema più grande della linea di trasmissione è la riflessione. Reflection can cause many problems. Per esempio, the load signal will be the overlay of the original signal and the echo signal, che aumenta la difficoltà di analisi del segnale. Reflections cause return loss, che è grave quanto l'interferenza acustica additiva.

2.1 Riflettere il segnale alla sorgente aumenta il rumore del sistema, rendendo più difficile per il ricevitore distinguere il rumore dal segnale;

2.2 Basically, qualsiasi segnale riflesso degrada la qualità del segnale e cambia la forma del segnale in ingresso. In general, the main solution is impedance matching (for example, the interconnect impedance should match the system impedance very well), ma a volte il calcolo dell'impedenza è più difficile, you can refer to some transmission line impedance calculation software.

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

2.2.1 Evitare la discontinuità di impedenza delle linee di trasmissione. Points with discontinuous impedance, come angoli destro e fori passanti, should be avoided as much as possible. I metodi sono i seguenti: Evitare angoli dritti della linea, and walk at 45 degrees or arcs as far as possible, anche in grandi curve; Utilizzare il minor numero di fori possibile, since each hole is an impedance discontinuity, come mostrato in Fig.. 5; The outer signal avoids passing through the inner layer, e viceversa.

2.2.2 Non utilizzare linee di palo. Perché ogni linea postale è fonte di rumore. Se la linea di palo è corta, può essere collegata alla fine della linea di trasmissione. Se la lunghezza della linea di palo è lunga, prenderà la linea di trasmissione principale come fonte, che produrrà una grande riflessione e complicherà il problema. Non è raccomandato usarlo.

3. Accoppiamento PCB

3.1 Accoppiamento ad impedenza comune: un canale di accoppiamento comune, cioè sorgenti di interferenza e dispositivi interferenti, condivide spesso alcuni conduttori (ad esempio, alimentazione del circuito, bus, messa a terra comune, ecc.).

On this channel, la discesa dell'Ic indietro in serie causa una tensione di modalità comune nel ciclo di corrente, which affects the receiver.

3.2 L'accoppiamento in modalità comune di campo causerà la sorgente di radiazione a causare tensione in modalità comune sui loop e sulle superfici di riferimento comuni formate dal circuito interferito. Se il campo magnetico svolge un ruolo dominante, la tensione di modalità comune generata nel circuito di massa di serie è Vcm=-(Delta B/Delta t)* area (Delta B=variazione della forza di induzione magnetica nella formula). Se il campo elettromagnetico è noto, la sua tensione indotta è Vcm=(L*h*F*E)/48. La formula è adatta per L(m)=meno di 150MHz, oltre questo limite, il calcolo della tensione massima indotta può essere semplificato a Vcm=2*h*E.

3.3 Differential mode field coupling: Refers to the direct radiation received by the lead pair or by the lead and its circuit on the circuit board. Se il più vicino possibile a due fili. This coupling is greatly reduced, in modo da poter ruotare i due fili insieme per ridurre l'interferenza.

3.4 L'accoppiamento inter-linea (crosstalk) può causare un accoppiamento indesiderato tra qualsiasi linea equivalente a un circuito parallelo, il che compromette gravemente le prestazioni del sistema. Possono essere classificati in crosstalk capacitivo e sensoriale. Il primo perché la capacità parassitaria tra le linee fa sì che il rumore sulla sorgente di rumore sia accoppiato alla linea di ricezione del rumore attraverso l'iniezione di corrente. Quest'ultimo può essere immaginato come accoppiamento di segnale tra gli stadi primari di un trasformatore parassitario indesiderato. L'ampiezza del crosstalk sensoriale dipende dalla vicinanza dei due anelli, dall'area della strada e dall'impedenza del carico interessato.

3.5 Power line coupling: refers to the AC or DC power lines are subject to electromagnetic interference, e poi le linee elettriche trasmettono queste interferenze ad altri dispositivi.

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

3.5.1, La dimensione di entrambe le crosstalk aumenta con l'aumento dell'impedenza di carico, so signal lines sensitive to the interference caused by crosstalk should be properly terminated.

3.5.2.Aumentare il più possibile la distanza tra le linee di segnale può ridurre efficacemente la tolleranza crosstalk. Gestione dello strato di terra, separazione tra cablaggio (ad esempio linee di segnale attive e linee di terra, in particolare tra linee di segnale e terra con salto di stato) e riduzione dell'induttanza del piombo.

3.5.3 L'inserimento di una linea di terra tra linee di segnale adiacenti può anche ridurre efficacemente la tolleranza crosstalk, which requires that the ground line be connected to the stratum every quarter of the wavelength.

3.5.4 Per quanto riguarda il crosstalk percettivo, l'area dell'anulus dovrebbe essere minimizzata ed eliminata, se consentito.

3.5.5 Evitare cicli di condivisione del segnale.

3.5.6.Preoccupazioni circa l'integrità del segnale: I progettisti devono collegarsi alla fine durante il processo di saldatura per risolvere l'integrità del segnale. I progettisti di questo metodo possono concentrarsi sulla lunghezza del microstrip del foglio di rame per schermatura al fine di ottenere buone prestazioni di integrità del segnale. Per i sistemi con connettori densi nella loro architettura di comunicazione, i progettisti possono utilizzare un PCB come terminale.

4. Interferenza elettromagnetica

Con l'aumento della velocità, l'IME diventerà sempre più grave e si manifesterà sotto molti aspetti (ad esempio interferenza elettromagnetica all'interconnessione). I dispositivi ad alta velocità sono particolarmente sensibili a questo, quindi riceveranno falsi segnali ad alta velocità, mentre i dispositivi a bassa velocità ignoreranno tali falsi segnali.

There are several ways to eliminate EMI in PCB design:

4.1, Riduci i loop: Ogni loop è equivalente a un'antenna, quindi dobbiamo 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 il più possibile.

4.2, Filtering: Filtering can be used to reduce EMI on both power and signal lines. Esistono tre metodi: disaccoppiamento della capacità, EMI filter, elemento magnetico.

4.3.Schermatura. A causa della lunghezza dell'articolo più molti articoli che parlano di blocco, non sarà introdotto in dettaglio.

4.4. Minimize the speed of high frequency devices.

4.5. Aumenta la costante dielettrica del Scheda PCB per evitare che le parti ad alta frequenza come le linee di trasmissione vicino al bordo si irradiano verso l'esterno. Increasing the thickness of PCB plates and minimizing the thickness of microstrip lines can prevent the overflow of electromagnetic lines and radiation as well.

5. Summary:

In high frequency Progettazione PCB, we should follow the principles:

5.1. Unificazione e stabilità dell'alimentazione elettrica e del territorio.

5.2.Cablaggio attento e terminazione corretta possono eliminare la riflessione.

5.3.Cablaggio attento e terminazione corretta possono ridurre la tolleranza e il crosstalk sensoriale.

5.4. Noise suppression is required to meet EMC requirements.