Notizie PCB - Progettazione RF Circuit Board e Knowhow

Progettazione RF Circuit Board e Knowhow

La progettazione di PCB RF di successo deve prestare attenzione a ogni fase e dettaglio nell'intero processo di progettazione, il che significa che una pianificazione approfondita e attenta deve essere effettuata all'inizio della progettazione e il progresso di ogni fase di progettazione deve essere valutato in modo completo e continuo. Questa meticolosa abilità progettuale è ciò che manca alla maggior parte delle culture aziendali elettroniche domestiche.

Negli ultimi anni, a causa della domanda e della crescita di dispositivi Bluetooth, dispositivi wireless di rete locale (WLAN) e telefoni cellulari, gli operatori prestano sempre più attenzione alle competenze di progettazione di circuiti RF. Dal passato al presente, la progettazione del circuito RF, come l'interferenza elettromagnetica (EMI), è sempre stata la parte più difficile da controllare per gli ingegneri, anche un incubo. Se si desidera progettare con successo in una volta, è necessario pianificare attentamente e prestare attenzione ai dettagli in anticipo per lavorare.

Il design del circuito a radiofrequenza (RF) è spesso descritto come una "arte nera" perché ci sono molte incertezze in teoria. Tuttavia, questo è solo un punto di vista di copertura parziale. Ci sono ancora molte regole che possono essere seguite nella progettazione del circuito RF. Tuttavia, nella progettazione pratica, la vera abilità pratica è come compromettere queste leggi quando non possono essere applicate a causa di varie restrizioni. Importanti argomenti di progettazione RF includono l'accoppiamento di impedenza e impedenza, materiali isolanti e laminati dello strato, lunghezza d'onda e armoniche, ecc Questo documento si concentrerà su vari problemi relativi alla progettazione di zonizzazione del circuito RF.

Tipi di Micro Vias

Circuiti con proprietà diverse sul circuito stampato devono essere separati, ma devono essere collegati nelle migliori condizioni senza interferenze elettromagnetiche, che richiede l'uso di micro vie. Generalmente, il diametro delle micro vie è da 0,05 mm a 0,20 mm. Queste vie sono generalmente divise in tre categorie, vale a dire via cieca, via sepoltura e via via. Il foro cieco si trova sulla superficie superiore e inferiore del circuito stampato e ha una certa profondità. Viene utilizzato per il collegamento tra il circuito di superficie e il circuito interno sottostante. La profondità del foro di solito non supera un certo rapporto (apertura). Il foro sepolto si riferisce al foro di collegamento situato nello strato interno del circuito stampato, che non si estenderà alla superficie del circuito stampato. I due tipi di fori sopra sono situati nello strato interno del circuito stampato. Sono completati dal processo di formazione del foro passante prima della laminazione. Diversi strati interni possono essere sovrapposti durante la formazione di vias. Il terzo è chiamato foro passante, che passa attraverso l'intero circuito stampato e può essere utilizzato per realizzare l'interconnessione interna o come foro di posizionamento adesivo dei componenti.

Utilizzo di tecniche di zonizzazione

Quando si progetta il circuito stampato RF, l'amplificatore RF ad alta potenza (HPA) e l'amplificatore a basso rumore (LNA) dovrebbero essere isolati per quanto possibile. In breve, il circuito di trasmissione RF ad alta potenza dovrebbe essere tenuto lontano dal circuito di ricezione a basso rumore. Se c'è molto spazio sul PCB, questo può essere fatto facilmente. Tuttavia, quando ci sono molti componenti, lo spazio PCB diventerà molto piccolo, quindi è difficile da raggiungere. Puoi metterli su entrambi i lati del PCB, o lasciarli lavorare alternativamente piuttosto che allo stesso tempo. I circuiti ad alta potenza possono anche includere buffer RF e oscillatori a tensione controllata (VCO).

La zonizzazione di progettazione può essere divisa in partizionamento fisico e partizionamento elettrico. La zonizzazione fisica comporta principalmente la disposizione, l'orientamento e la schermatura di parti e componenti; La zonizzazione elettrica può continuare a essere divisa in distribuzione di energia, cablaggio RF, circuito e segnale sensibili, messa a terra e altra zonizzazione.

Partitura entità

Il layout dei componenti è la chiave per un eccellente design RF. La tecnologia 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. E tenere l'ingresso RF lontano dall'uscita RF e lontano da circuiti ad alta potenza e circuiti a basso rumore per quanto possibile.

Il metodo più efficace dello stack del circuito stampato è quello di organizzare la messa a terra principale sul secondo strato sotto lo strato superficiale e camminare la linea RF sullo strato superficiale il più possibile. Ridurre al minimo la dimensione della via sul percorso RF può non solo ridurre l'induttanza del percorso, ma anche ridurre i falsi giunti di saldatura sulla messa a terra principale e ridurre la possibilità di perdite di energia RF ad altre aree del laminato.

Nello spazio fisico, circuiti lineari come gli amplificatori multistadio sono di solito sufficienti per isolare più regioni RF l'una dall'altra, ma duplexer, mixer e se gli amplificatori hanno sempre più RF / se segnali interferenti tra loro, quindi questo effetto deve essere attentamente minimizzato. RF e, se il cablaggio deve attraversare il più possibile, e una zona di messa a terra deve essere separata tra di loro per quanto possibile. Il percorso RF corretto è molto importante per le prestazioni dell'intero PCB, motivo per cui il layout dei componenti di solito occupa la maggior parte del tempo nella progettazione del PCB del telefono cellulare.

Sul PCB del telefono cellulare, di solito è possibile posizionare il circuito dell'amplificatore a basso rumore su un lato del PCB e l'amplificatore ad alta potenza dall'altro lato e infine collegarli ad un'estremità dell'antenna RF e all'altra estremità del processore di banda base sullo stesso lato da un duplexer. Ciò richiede alcune competenze per garantire che l'energia RF non venga trasferita da un lato all'altro della scheda attraverso vias. La tecnologia comune è quella di utilizzare fori ciechi su entrambi i lati. Sistemando il foro cieco nell'area in cui entrambi i lati del PCB sono liberi da interferenze RF, l'effetto negativo della via può essere minimizzato.

Scudo metallico

A volte, è impossibile mantenere abbastanza separazione tra più blocchi di circuito. In questo caso, si deve considerare di utilizzare uno scudo metallico per schermare l'energia RF nell'area RF, ma lo scudo metallico ha anche effetti collaterali, come l'alto costo di produzione PCB e il costo di assemblaggio PCB.

Lo scudo metallico irregolare è difficile da garantire l'alta precisione nella produzione e lo scudo metallico rettangolare o quadrato limita la disposizione di parti e componenti; Lo scudo metallico non favorisce la sostituzione dei componenti e lo spostamento dei guasti; Poiché lo scudo metallico deve essere saldato a terra e deve essere mantenuta una distanza appropriata dai componenti, deve occupare uno spazio PCB prezioso.

È molto importante garantire l'integrità dello scudo metallico il più possibile, quindi la linea di segnale digitale che entra nello scudo metallico dovrebbe passare il più possibile attraverso lo strato interno ed è meglio impostare lo strato successivo dello strato di linea del segnale come strato di messa a terra. La linea di segnale RF può essere instradata dal piccolo divario nella parte inferiore dello scudo metallico e dallo strato di cablaggio nella distanza di messa a terra, ma la periferia dello spazio dovrebbe essere circondata da una grande area di messa a terra il più possibile. La messa a terra su diversi livelli di segnale può essere collegata insieme attraverso più via s.

Nonostante questi svantaggi, gli schermi metallici sono ancora molto efficaci e spesso l'unica soluzione per isolare i circuiti critici.

Circuito di disaccoppiamento dell'alimentazione

Inoltre, un circuito di disaccoppiamento di potenza del chip appropriato ed efficace è anche molto importante. Molti chip RF integrati con linee lineari sono molto sensibili al rumore dell'alimentazione elettrica. Di solito, ogni chip ha bisogno di un massimo di quattro condensatori e di un induttore di isolamento per filtrare tutto il rumore dell'alimentazione elettrica.

La capacità minima dipende solitamente dalla frequenza di risonanza e dall'induttanza del perno del condensatore stesso e il valore di C4 è selezionato 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. Il disaccoppiamento RF è completato dall'induttore L1, che rende il segnale RF incapace di essere accoppiato dalla linea di alimentazione al chip. Poiché tutto il cablaggio è un'antenna potenziale in grado di ricevere e trasmettere segnali RF, è necessario isolare i segnali RF da linee e componenti chiave.

Anche la posizione fisica di questi componenti di disaccoppiamento è spesso critica. Il principio di layout di questi componenti importanti è: C4 deve essere il più vicino possibile al perno IC e messa a terra, C3 deve essere più vicino a C4, C2 deve essere più vicino a C3 e il percorso di collegamento tra il perno IC e C4 deve essere il più breve possibile. I terminali di messa a terra di questi componenti (in particolare C4) dovrebbero essere solitamente collegati al perno di messa a terra del chip attraverso il primo strato di messa a terra sotto la scheda. La via che collega il componente al piano di terra dovrebbe essere il più vicino possibile al pad del componente sul PCB. È meglio utilizzare il foro cieco perforato sul pad per ridurre al minimo l'induttanza della linea di collegamento e l'induttanza L1 dovrebbe essere vicina a C1.

Un circuito integrato o un amplificatore spesso ha un'uscita a collettore aperto, 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 anche per il disaccoppiamento dell'estremità dell'alimentazione di questo induttore. Alcuni chip richiedono più alimentatori per funzionare, quindi due o tre set di condensatori e induttori possono essere richiesti per disaccoppiarli rispettivamente. Se non c'è abbastanza spazio intorno al chip, l'effetto di disaccoppiamento potrebbe essere scarso.

In particolare, va notato che gli induttori sono raramente vicini tra loro in parallelo, perché questo formerà un trasformatore di nucleo dell'aria e indurrà segnali di interferenza tra loro. Pertanto, la distanza tra di loro dovrebbe essere almeno uguale all'altezza di uno di loro, o disposta ad angolo retto per ridurre al minimo l'induttanza reciproca.

Zone elettriche

La zonizzazione elettrica è la stessa della zonizzazione fisica in linea di principio, ma include anche alcuni altri fattori. Alcune parti dei telefoni cellulari moderni utilizzano diverse tensioni di lavoro e sono controllate dal software per prolungare la durata della batteria. Ciò significa che i telefoni cellulari devono avere più alimentatori, il che crea più problemi di isolamento. L'alimentazione viene solitamente introdotta dal connettore e immediatamente disaccoppiata per filtrare qualsiasi rumore dall'esterno del circuito stampato, e poi distribuita dopo il passaggio attraverso un gruppo di interruttori o regolatori lineari.

Nei telefoni cellulari, la corrente DC della maggior parte dei circuiti è piuttosto piccola, quindi la larghezza di routing di solito non è un problema. Tuttavia, una linea di corrente più ampia possibile deve essere progettata separatamente per l'alimentazione di un amplificatore ad alta potenza per ridurre al minimo la caduta di tensione transitoria durante la trasmissione. Per evitare troppe perdite di corrente, è necessario utilizzare più vie per trasferire corrente da uno strato all'altro. Inoltre, se non può essere completamente disaccoppiato al perno di alimentazione dell'amplificatore ad alta potenza, il rumore ad alta potenza si irradia all'intero circuito stampato e porterà tutti i tipi di problemi. La messa a terra di un amplificatore ad alta potenza è molto importante ed è spesso necessario progettare uno scudo metallico per esso.