Dati PCB - Contromisure speciali per circuiti ad alta frequenza nella progettazione della scheda PCB

Il motivo per cui la progettazione di schede PCB pone requisiti più elevati è che con il rapido sviluppo dell'industria elettronica moderna, i circuiti digitali e ad alta frequenza si stanno sviluppando nella direzione di alta velocità, basso consumo, piccole dimensioni e alta anti-interferenza. Il sistema di progettazione Protel 99SE sfrutta appieno i vantaggi delle piattaforme Windows XP e Windows2000 e il suo ambiente di progettazione super-forte per il modulo scheda PCB consente al lavoro di progettazione di raggiungere in modo più efficace i suoi requisiti di progettazione. Per i progettisti impegnati in circuiti ad alta frequenza, non è più un semplice requisito per la velocità di routing delle schede PCB, ma richiede ai progettisti di avere solide conoscenze teoriche e una ricca esperienza nella progettazione di schede PCB basate sulle caratteristiche di funzionamento del circuito. E l'ambiente di lavoro effettivo e altri aspetti per considerare il suo design, solo in questo modo possiamo fare una scheda PCB ideale. Questo articolo mira al layout e al cablaggio dei circuiti ad alta frequenza nel processo di progettazione della scheda PCB, prendendo come esempio il software Protel 99SE, per discutere le contromisure e le abilità di progettazione dei circuiti ad alta frequenza nel processo di progettazione della scheda PCB.

1. Layout della scheda PCB ad alta frequenza L'operazione Layout è molto importante nell'intera progettazione della scheda PCB. La disposizione è la base del funzionamento del cablaggio. Per ottenere un layout perfetto dei componenti, i progettisti devono pensare al layout dei componenti dal punto di vista delle caratteristiche di funzionamento del circuito e del routing. Protel 99SE ha la funzione di layout automatico e ha due funzioni di clustering e layout statistico, ma non può soddisfare pienamente i requisiti di funzionamento dei circuiti ad alta frequenza. I progettisti devono anche considerare la fabbricabilità, la struttura meccanica, la dissipazione del calore, l'EMI del PCB (interferenza elettromagnetica), l'affidabilità, l'integrità del segnale e altri aspetti del layout sono considerati in modo completo. Solo in questo modo la vita, la stabilità, l'EMC (compatibilità elettromagnetica) della scheda PCB possono essere efficacemente migliorate e il layout può essere reso più perfetto. Per la disposizione dei circuiti ad alta frequenza, i progettisti dovrebbero prima considerare il layout di quei componenti che sono strettamente abbinati alla struttura e fissati in posizione (come prese di corrente, luci di segnalazione, connettori e interruttori, ecc.), e quindi disporre componenti speciali sul circuito. (quali elementi riscaldanti, trasformatori, chip, ecc.) e disporre alcuni piccoli dispositivi. Allo stesso tempo, per tenere conto dei requisiti di cablaggio, il posizionamento di componenti ad alta frequenza dovrebbe essere il più compatto possibile e il cablaggio delle linee di segnale dovrebbe essere il più breve possibile, in modo da ridurre il più possibile l'interferenza incrociata delle linee di segnale.1. Struttura meccanica Presa elettrica, indicatori luminosi, connettori e interruttori appartengono tutti a questa categoria di componenti, che sono tutti plug-in di posizionamento relativi alle dimensioni meccaniche. Di solito, l'interfaccia tra l'alimentazione elettrica e la scheda PCB è posizionata al bordo della scheda PCB e la distanza dal bordo della scheda PCB è generalmente non inferiore a 2mm; il diodo emettitore luminoso dell'indicatore deve essere posizionato con precisione, se necessario; gli interruttori e alcuni componenti di messa a punto, come induttori regolabili, resistenze regolabili, ecc. dovrebbero essere posizionati vicino al bordo della scheda PCB per una facile regolazione e connessione; I componenti che devono essere sostituiti frequentemente devono essere collocati in una posizione con meno componenti per una facile sostituzione. I componenti con una massa superiore a 15g devono essere fissati con staffe e i componenti grandi e pesanti non devono essere posizionati direttamente sul PCB.2. Dissipazione del calore Tubi ad alta potenza, trasformatori, tubi raddrizzatori e altri dispositivi di riscaldamento generano molto calore quando si lavora ad alte frequenze. La ventilazione e la dissipazione del calore dovrebbero essere pienamente considerati nel layout. Tali componenti devono essere posizionati sul bordo della scheda PCB o nel luogo ventilato. L'elemento riscaldante deve essere posizionato sulla parte superiore della scheda e l'elemento riscaldante non deve essere posizionato sullo strato inferiore della scheda bifacciale. I tubi raddrizzatori ad alta potenza e i tubi di regolazione dovrebbero essere dotati di radiatori e dovrebbero essere tenuti lontani dal trasformatore. I componenti che hanno paura del calore, come i condensatori elettrolitici, dovrebbero anche essere tenuti lontani dai dispositivi di riscaldamento, altrimenti l'elettrolita verrà asciugato, con conseguente maggiore resistenza e scarse prestazioni, che influenzeranno la stabilità del circuito.3. Layout di componenti specialeA causa del campo magnetico di perdita di 50Hz generato all'interno dell'apparecchiatura di alimentazione, quando è cross-connected con alcune parti dell'amplificatore a bassa frequenza, interferirà con l'amplificatore a bassa frequenza. Pertanto, devono essere isolati o schermati. Tutti i livelli dell'amplificatore possono essere disposti in linea retta secondo lo schema schematico. Il vantaggio di questa disposizione è che la corrente di terra di ogni livello è chiusa e portata a questo livello, il che non influisce sul lavoro di altri circuiti. Lo stadio di ingresso e quello di uscita dovrebbero essere il più lontano possibile per ridurre l'interferenza parassitaria tra di loro. Considerando la relazione di trasmissione del segnale tra i circuiti funzionali di ogni unità, anche il circuito a bassa frequenza e il circuito ad alta frequenza dovrebbero essere separati e il circuito analogico e il circuito digitale dovrebbero essere separati. Il circuito integrato dovrebbe essere posizionato al centro della scheda PCB, in modo da facilitare il collegamento di cablaggio tra ogni pin e altri dispositivi. Dispositivi come induttori e trasformatori hanno accoppiamento magnetico e devono essere posizionati ortogonalmente l'uno all'altro per ridurre l'accoppiamento magnetico. Inoltre, tutti hanno forti campi magnetici, e ci dovrebbe essere un ampio spazio appropriato o schermatura magnetica intorno a loro per ridurre l'impatto su altri circuiti.4. Interferenza elettromagneticaI nostri metodi comunemente usati per eliminare le interferenze elettromagnetiche includono la riduzione dei cicli, il filtraggio, la schermatura, la riduzione della velocità dei dispositivi ad alta frequenza il più possibile e l'aumento della costante dielettrica della scheda PCB. Ad esempio, i condensatori di disaccoppiamento dei circuiti integrati dovrebbero essere posizionati il più vicino possibile. Generalmente, i condensatori 0.1uF sono utilizzati per le frequenze operative inferiori a 10MHz e i condensatori 0.01uF sono utilizzati per le frequenze operative superiori a 10MHz. C'è un'alta differenza di potenziale tra alcuni componenti o fili, e la distanza dovrebbe essere aumentata per evitare lo scarico. Componenti con alta tensione dovrebbero essere disposti in luoghi che non sono facilmente accessibili a mano durante il debug. I componenti che sono facili da interferire tra loro non dovrebbero essere troppo vicini e i componenti di ingresso e uscita dovrebbero essere il più lontano possibile per evitare interferenze di feedback. Al fine di ridurre i parametri di distribuzione dei componenti ad alta frequenza, generalmente posizionati nelle vicinanze (disposti in modo irregolare) circuiti generali (circuiti a bassa frequenza) dovrebbero essere disposti secondo le regole, che è conveniente per l'installazione e la saldatura.2. Cablaggio della scheda PCB ad alta frequenza I circuiti ad alta frequenza tendono ad avere un'alta integrazione e un alto cablaggio

1. principi generali del cablaggio I fili tra i pin dei dispositivi di circuito ad alta frequenza dovrebbero essere il più brevi possibile, con il minor numero di curve possibile. I fili dovrebbero essere tutti dritti e curve taglienti e angoli taglienti dovrebbero essere evitati il più possibile. Sono necessari giri e archi o linee spezzate dovrebbero essere utilizzati per la transizione. Questo requisito è utilizzato solo per migliorare la resistenza di fissaggio del foglio d'acciaio nel circuito a bassa frequenza, ma soddisfare questo requisito nel circuito ad alta frequenza può ridurre l'emissione esterna e l'accoppiamento reciproco del segnale ad alta frequenza. Nel cablaggio del circuito ad alta frequenza, il cablaggio orizzontale e verticale viene eseguito alternativamente su strati adiacenti. Il cablaggio parallelo nello stesso strato non può essere evitato, ma una grande area di filo di terra può essere posata sul retro del PCB per ridurre le interferenze. Per le schede bifacciali comunemente usate, molti strati possono utilizzare un piano di potenza interveniente per fare questo.2. Cablaggio di alimentazione e messa a terra Per evitare l'interferenza di resistenza al suolo causata dalla corrente locale nel circuito multi-livello, i circuiti a tutti i livelli devono essere messi a terra in un punto (o il più concentrato possibile). Quando il circuito ad alta frequenza è superiore a 30 MHz, una grande area di una piccola area dovrebbe anche essere messa a terra. I dispositivi e i cavi suscettibili di interferenze possono essere circondati da fili di terra. Varie tracce di segnale non possono formare loop, e i fili di terra non possono formare loop di corrente. I cavi di alimentazione e i cavi di terra dovrebbero essere vicini l'uno all'altro per ridurre al minimo l'area chiusa per ridurre le interferenze elettromagnetiche. Generalmente, quando il cablaggio, la larghezza del cavo è compresa tra 12-80mil, il cavo di alimentazione è generalmente 20mil-40mil e il cavo di terra è generalmente più di 40mil. Se possibile, il filo dovrebbe essere il più largo possibile. Quando il cavo di terra analogico, il cavo di terra digitale, ecc. sono collegati al cavo di terra pubblico, viene utilizzato un collegamento di strozzatura ad alta frequenza. Nell'assemblaggio effettivo del collegamento di strozzatura ad alta frequenza, viene spesso utilizzata una perlina di ferrite ad alta frequenza con un filo nel foro centrale. Generalmente non è espresso sullo schema schematico del circuito, e la tabella di rete risultante non contiene tali componenti, e la sua esistenza sarà ignorata durante il cablaggio. In considerazione di questa realtà, può essere considerato come un induttore nel diagramma schematico. Definire un pacchetto di componenti separato per esso nella libreria di componenti PCB e spostarlo manualmente in una posizione appropriata vicino alla giunzione di terra comune prima del cablaggio.3. Cablaggio di chip integrati Un condensatore di disaccoppiamento ad alta frequenza dovrebbe essere impostato vicino a ogni blocco di circuito integrato. Poiché il software Protel 99SE non considera la relazione di posizione tra il condensatore di disaccoppiamento e il circuito integrato disaccoppiato quando posiziona i componenti automaticamente, lasciare che il software lo metta in modo che i due componenti siano troppo distanti, l'effetto disaccoppiamento non è buono. In questo momento, la posizione dei due deve essere intervenuta in anticipo spostando manualmente i componenti per farli chiudere.4. Rivestimento di rame Lo scopo principale del rivestimento in rame è quello di migliorare la capacità anti-interferenza del circuito e, allo stesso tempo, è molto vantaggioso per la dissipazione del calore della scheda PCB e la forza della scheda PCB. Il rivestimento in rame può anche svolgere un ruolo schermante. Tuttavia, la lamina di rame della striscia di grande area non può essere utilizzata, perché quando la scheda PCB viene utilizzata per troppo tempo, verrà generata una grande quantità di calore e la lamina di rame della striscia è soggetta all'espansione e alla caduta. Foglio di rame e collegare la griglia alla rete di messa a terra del circuito, in modo che la rete avrà un migliore effetto schermante. La dimensione della griglia è determinata dalla frequenza di interferenza da schermare.3. ConclusioneIl processo di progettazione della scheda PCB ad alta frequenza è un processo complesso. Oltre alle strategie di progettazione discusse sopra, include anche l'integrità del segnale, tra cui il crosstalk del segnale, e come sopprimere il rumore. Pertanto, i progettisti devono avere un piano completo durante la progettazione Con la considerazione, diversi metodi e tecniche sono utilizzati in ogni fase del ciclo di progettazione per garantire l'accuratezza della progettazione, in modo da progettare una scheda PCB ad alta frequenza ragionevole con prestazioni eccellenti.