Notizie PCB - Il metodo di progettazione della scheda PCB del telefono cellulare

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 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 più efficace di impilamento della scheda PCB 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.

2 Le tracce RF e IF devono essere incrociate il più possibile e un terreno deve 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. 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. È molto importante garantire l'integrità del coperchio di protezione il più possibile. Le linee di segnale digitali che entrano nella copertura di schermatura metallica dovrebbero andare allo strato interno il più possibile ed è meglio che lo strato PCB sotto lo strato di cablaggio sia lo strato di terra. La linea di segnale RF può uscire dal piccolo divario nella parte inferiore dello scudo metallico e lo strato di cablaggio nella fessura di terra, ma più terra possibile intorno allo spazio e il terreno su diversi strati può essere collegato insieme attraverso vie multiple.

3 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. 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. Alcuni chip richiedono più alimentatori per funzionare, quindi potresti aver bisogno di due o tre set di condensatori e induttori per disaccoppiarli separatamente. Gli induttori sono raramente vicini tra loro in parallelo, perché questo formerà un trasformatore air-core e indurrà interferenze l'uno con l'altro. Segnali, quindi la distanza tra di loro deve essere almeno uguale all'altezza di uno dei dispositivi, o disposti ad angolo retto per ridurre al minimo la loro induttanza reciproca.

4 Il principio della zonizzazione elettrica è approssimativamente lo stesso di quello della zonizzazione fisica, ma contiene anche alcuni altri fattori. Alcune parti del telefono cellulare utilizzano diverse tensioni di lavoro e sono controllate dal 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 DC della maggior parte dei circuiti sulla scheda PCB del telefono cellulare 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 fondamentale 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. Se la linea di segnale RF deve essere collegata dall'estremità di ingresso del filtro fino all'estremità di uscita, ciò potrebbe danneggiare gravemente le caratteristiche di banda del filtro. Per ottenere un buon isolamento tra l'ingresso e l'uscita, una terra deve essere posata intorno al filtro prima, e poi una terra deve essere posata nell'area dello strato inferiore del filtro e collegata al terreno principale che circonda il filtro. È anche un buon modo per mantenere le linee di segnale che devono passare attraverso il filtro il più lontano possibile dai pin del filtro.

Inoltre, la messa a terra di vari punti sull'intera scheda deve essere molto attenta, altrimenti verrà introdotto un canale di accoppiamento. A volte è possibile scegliere di prendere linee di segnale RF monoterminale o bilanciate. Anche in questo caso si applicano i principi dell'interferenza incrociata e dell'EMC/EMI. Le linee di segnale RF bilanciate possono ridurre il rumore e le interferenze incrociate se sono instradate correttamente, ma la loro impedenza è solitamente elevata e una larghezza di linea ragionevole deve essere mantenuta per ottenere una sorgente di segnale corrispondente, una traccia e un'impedenza di carico. Il cablaggio effettivo potrebbe essere Ci saranno alcune difficoltà. Il buffer può essere utilizzato per migliorare l'effetto di isolamento, perché può dividere lo stesso segnale in due parti e utilizzato per guidare circuiti diversi, in particolare l'oscillatore locale può aver bisogno di un buffer per guidare più mixer. Quando il mixer raggiunge lo stato di isolamento della modalità comune alla frequenza RF, non funzionerà correttamente. Il buffer può ben isolare i cambiamenti di impedenza a frequenze diverse, in modo che i circuiti non interferiscano tra loro. Buffer sono molto utili per il design. Possono seguire il circuito che deve essere guidato, in modo che le tracce di uscita ad alta potenza siano molto brevi. Poiché il livello del segnale di ingresso del buffer è relativamente basso, non sono facili da interferire con altri sulla scheda. Il circuito sta causando interferenze. Gli oscillatori controllati da tensione (VCO) possono convertire tensioni variabili in frequenze variabili. Questa funzione è utilizzata per la commutazione del canale ad alta velocità, ma convertono anche il rumore di traccia sulla tensione di controllo in piccole variazioni di frequenza, che danno il segnale RF aggiunge rumore.

5 Per garantire che il rumore non sia aumentato, devono essere presi in considerazione i seguenti aspetti: in primo luogo, la larghezza di banda prevista della linea di controllo può variare da DC a 2 MHz ed è quasi impossibile eliminare tale rumore a banda larga attraverso il filtraggio; In secondo luogo, la linea di controllo VCO è solitamente parte di un ciclo di feedback che controlla la frequenza. Può introdurre rumore in molti luoghi, quindi la linea di controllo VCO deve essere gestita con molta attenzione. Assicurarsi che il terreno sotto la traccia RF sia solido e che tutti i componenti siano saldamente collegati al terreno principale e isolati da altre tracce che possono causare rumore. È inoltre necessario garantire che l'alimentazione del VCO sia sufficientemente disaccoppiata. Poiché l'uscita RF del VCO è spesso un livello relativamente alto, il segnale di uscita VCO può facilmente interferire con altri circuiti, quindi particolare attenzione deve essere prestata al VCO. Infatti, VCO è spesso posizionato alla fine dell'area RF, e a volte ha bisogno di uno scudo metallico. Il circuito risonante (uno per il trasmettitore e l'altro per il ricevitore) è legato al VCO, ma ha anche le sue caratteristiche. In poche parole, il circuito risonante è un circuito risonante parallelo con diodi capacitivi, che aiuta a impostare la frequenza di funzionamento VCO e modulare la voce o i dati al segnale RF. Tutti i principi di progettazione VCO si applicano anche ai circuiti risonanti. Poiché il circuito risonante contiene un numero considerevole di componenti, ha un'ampia area di distribuzione sulla scheda e di solito funziona ad una frequenza RF molto alta, il circuito risonante è di solito molto sensibile al rumore. I segnali sono solitamente disposti su perni adiacenti del chip, ma questi perni di segnale devono funzionare con induttori e condensatori relativamente grandi, il che a sua volta richiede che questi induttori e condensatori siano situati molto vicini e collegati indietro su un circuito di controllo che è sensibile al rumore. Non è facile farlo.

L'amplificatore di controllo automatico del guadagno (AGC) è anche un posto soggetto a problemi, sia che si tratti di un circuito di trasmissione o ricezione avrà un amplificatore AGC. Gli amplificatori AGC di solito possono filtrare efficacemente il rumore, ma poiché i telefoni cellulari hanno la capacità di affrontare i rapidi cambiamenti nell'intensità dei segnali trasmessi e ricevuti, il circuito AGC deve avere una larghezza di banda abbastanza ampia, il che rende facile introdurre amplificatori AGC su alcuni circuiti chiave rumore. La progettazione dei circuiti AGC deve essere conforme alle buone tecniche di progettazione dei circuiti analogici, che sono correlate ai pin di ingresso corto dell'amplificatore op e ai percorsi di feedback brevi, entrambi devono essere lontani da tracce di segnale RF, IF o digitale ad alta velocità. Allo stesso modo, una buona messa a terra è essenziale e l'alimentazione del chip deve essere ben disaccoppiata. Se è necessario eseguire un cavo lungo all'estremità di ingresso o uscita, è meglio andare all'estremità di uscita. Di solito, l'impedenza dell'estremità di uscita è molto più bassa e non è facile indurre rumore. Generalmente, più alto è il livello del segnale, più facile è introdurre rumore in altri circuiti. In tutti i progetti PCB, è un principio generale tenere i circuiti digitali lontani dai circuiti analogici il più possibile e si applica anche alla progettazione PCB RF. Terra analogica comune e terra per schermare e separare le linee di segnale sono di solito altrettanto importanti. Pertanto, nelle prime fasi della progettazione, un'attenta pianificazione, un layout dei componenti ben ponderato e una valutazione approfondita del layout sono tutti molto importanti e i circuiti RF dovrebbero essere utilizzati anche Tenere lontano da linee analogiche e alcuni segnali digitali molto critici. Tutte le tracce RF, i pad e i componenti devono essere riempiti con rame macinato il più possibile e collegati al terreno principale il più possibile. Se la traccia RF deve passare attraverso la linea del segnale, provare a instradare uno strato di terra collegato al terreno principale lungo la traccia RF tra di loro. Se non è possibile, assicurarsi che siano incrociati, che può ridurre al minimo l'accoppiamento capacitivo. Allo stesso tempo, posizionare più terreno possibile intorno a ogni traccia RF e collegarli al terreno principale. Inoltre, ridurre al minimo la distanza tra tracce RF parallele può ridurre al minimo l'accoppiamento induttivo. Quando un piano solido di terra è posizionato direttamente sul primo strato sotto la superficie, l'effetto di isolamento è migliore, anche se funzioneranno anche altri metodi di progettazione con cura. Su ogni strato della scheda PCB, posizionare il maggior numero possibile di terreni e collegarli al terreno 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.