Dati PCB - Schema di progettazione di affidabilità della scheda PCB del telefono cellulare

Il design della scheda PCB RF è spesso descritto come una "arte nera" a causa di incertezze teoriche, ma questa visione è solo parzialmente vera. La progettazione della scheda RF ha molte regole che possono essere seguite e regole che non dovrebbero essere ignorate. Tuttavia, nella progettazione pratica, la tecnica davvero utile è come compromettere questi principi e leggi quando non possono essere implementati proprio a causa di vari vincoli progettuali. Naturalmente, ci sono molti importanti argomenti di progettazione RF che vale la pena discutere, tra cui l'abbinamento di impedenza e impedenza, materiali isolanti e laminati, e lunghezza d'onda e onda in piedi, quindi questi hanno un grande impatto sull'EMC ed EMI dei telefoni cellulari.

1. Isolare l'amplificatore RF ad alta potenza (HPA) e l'amplificatore a basso rumore (LNA) per quanto possibile. In breve, lasciare che il circuito di trasmissione RF di alta potenza lontano dal circuito di ricezione RF di bassa potenza. Il telefono cellulare dispone di più, un sacco di componenti, ma lo spazio della scheda PCB è piccolo, tenendo conto del processo di progettazione del limite di cablaggio, tutti questi requisiti per le competenze di progettazione sono relativamente elevati. A questo punto, potresti voler progettare da quattro a sei strati PCB per lavorare alternativamente, piuttosto che contemporaneamente. I circuiti ad alta potenza possono talvolta includere buffer RF e oscillatori a tensione controllata (VCO). Assicurati che ci sia almeno un intero piano dell'area ad alta potenza sul PCB senza fori. Naturalmente, più pelle di rame, meglio è. I segnali analogici sensibili dovrebbero essere tenuti il più lontano possibile dai segnali digitali ad alta velocità e dai segnali RF.2. Le zone di progettazione possono essere divise in zone fisiche e zone elettriche. Il partizionamento fisico coinvolge principalmente la disposizione dei componenti, l'orientamento e la schermatura, ecc. Le partizioni elettriche possono continuare a essere decomposte in partizioni per la distribuzione di energia, il cablaggio RF, i circuiti e i segnali sensibili e la messa a terra.2.1 Discutiamo il partizionamento fisico. Il layout dei componenti è la chiave per implementare un design RF. La tecnica efficace consiste nel fissare prima i componenti sul percorso RF e orientarli in modo che la lunghezza del percorso RF sia ridotta in modo tale che l'ingresso sia lontano dall'uscita e i circuiti ad alta potenza e bassa potenza siano separati per quanto possibile. Un modo efficiente per impilare i circuiti stampati è quello di posizionare il piano terra principale (il terreno principale) sul secondo strato sotto la superficie, con linee RF sulla superficie il più possibile. Ridurre le dimensioni dei fori passanti nel percorso RF non solo riduce l'induttanza del percorso, ma riduce anche i giunti di saldatura virtuali sul terreno principale e la possibilità di perdite di energia RF in altre aree all'interno 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 diplexer, mixer e amplificatori/mixer IF hanno sempre più segnali RF/IF che interferiscono tra loro, quindi questo effetto deve essere attentamente ridotto a.2.2 RF e IF devono essere incrociati per quanto possibile e separati per quanto possibile tra di loro. Il corretto percorso RF 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 di PCB mobili. Nei progetti 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 all'antenna del processore RF e a banda base sullo stesso lato attraverso un dipper. Alcuni trucchi sono necessari per garantire che i fori dritti non trasferiscano l'energia RF da un lato all'altro della scheda e 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 fori dritti in aree su entrambi i lati del PCB prive di interferenze RF. A volte non è possibile garantire un adeguato isolamento tra più blocchi di circuito, nel qual caso uno scudo metallico deve essere considerato per proteggere l'energia RF all'interno della regione RF. Lo scudo metallico deve essere venduto a terra e tenuto a una distanza ragionevole dai componenti, occupando così prezioso spazio PCB. È molto importante garantire l'integrità del coperchio di protezione il più possibile. La linea di segnale digitale che entra nella copertura metallica di schermatura dovrebbe passare il più possibile attraverso lo strato interno e la scheda PCB sotto lo strato di cablaggio è lo strato. La linea del segnale RF può uscire dal piccolo divario nella parte inferiore della copertura dello scudo metallico e dallo strato di cablaggio della lacuna, ma intorno alla lacuna il più possibile per rivestire un po 'di terreno, il terreno su diversi strati può essere collegato attraverso una pluralità di fori.2.3 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 della fonte di alimentazione, e in genere ogni chip richiede fino a quattro condensatori e un induttore isolante per garantire che tutto il rumore della fonte di alimentazione sia filtrato. Un circuito integrato o un amplificatore spesso ha un'uscita a scarico 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 per il disaccoppiamento dell'alimentazione elettrica all'estremità dell'induttore. Alcuni chip hanno bisogno di più potenza per funzionare, quindi potrebbe essere necessario due o tre insiemi di capacità e induttanza per disaccoppiare rispettivamente su di loro, poche induttanze parallele insieme, perché questo formerà un trasformatore tubolare e segnale di interferenza di induzione reciproca, quindi la distanza tra di loro deve essere almeno uguale all'altezza di uno dei dispositivi, o un angolo retto all'induttanza reciproca a.2.4 I principi per la zonizzazione elettrica sono generalmente gli stessi che per la zonizzazione fisica, ma ci sono alcuni altri fattori coinvolti. Alcune parti del telefono funzionano a tensioni diverse e sono controllate da software per prolungare la durata della batteria. Ciò significa che il telefono deve funzionare su più fonti di alimentazione, il che crea più problemi per l'isolamento. L'alimentazione viene solitamente immessa dal connettore, immediatamente disaccoppiata per filtrare qualsiasi rumore proveniente dall'esterno del circuito stampato, e poi distribuita attraverso una serie di interruttori o regolatori. La corrente continua della maggior parte dei circuiti sui PCB del telefono cellulare è abbastanza piccola, quindi la larghezza di cablaggio di solito non è un problema, tuttavia, una linea ad alta corrente separata il più ampia possibile deve essere eseguita per l'alimentazione dell'amplificatore ad alta potenza per ridurre la caduta di tensione di trasmissione a. Per evitare troppa perdita di corrente, una pluralità di fori sono utilizzati per trasferire la corrente da uno strato all'altro. Inoltre, se non è sufficientemente disaccoppiato all'estremità del perno di alimentazione dell'amplificatore ad alta potenza, il rumore ad alta potenza si irradia in tutta la scheda e porterà tutti i tipi di problemi. La messa a terra degli amplificatori ad alta potenza è fondamentale e spesso richiede la progettazione di uno scudo metallico. Nella maggior parte dei casi, è anche fondamentale assicurarsi che l'uscita RF sia tenuta lontana dall'ingresso RF. Questo vale anche per amplificatori, buffer e filtri. Nel caso negativo, amplificatori e buffer possono generare oscillazioni auto-eccitate se le loro uscite vengono alimentate ai loro ingressi con la giusta fase e ampiezza. In questo caso, saranno in grado di operare stabilmente in qualsiasi condizione di temperatura e tensione. Infatti, possono diventare instabili e aggiungere segnali di rumore e intermodulazione ai segnali RF. Se la linea di segnale RF deve tornare dall'ingresso all'uscita del filtro, ciò può compromettere gravemente le caratteristiche di passaggio della banda del filtro. Al fine di ottenere un buon isolamento di ingresso e uscita, un campo deve prima essere disposto intorno al filtro, e poi un campo deve essere posto nella regione inferiore del filtro e collegato al terreno principale che circonda il filtro. È inoltre opportuno posizionare le linee di segnale che devono passare attraverso il filtro il più lontano possibile dai perni del filtro.2.5 Per evitare un aumento del rumore, occorre considerare i seguenti aspetti: in primo luogo, l'intervallo di banda previsto della linea di controllo può essere da DC a 2 MHz ed è quasi impossibile rimuovere tale rumore a banda larga attraverso il filtraggio; In secondo luogo, la linea di controllo VCO di solito fa parte di un ciclo di feedback che controlla la frequenza e può introdurre rumore in molti luoghi, quindi la linea di controllo VCO deve essere gestita con grande cura. Assicurarsi che il pavimento RF sia solido e che tutti i componenti siano collegati saldamente al piano principale e isolati da altri cavi che possono causare rumore. Inoltre, per garantire che l'alimentazione del VCO sia sufficientemente disaccoppiata, occorre prestare particolare attenzione al VCO perché la sua uscita RF tende ad essere a un livello relativamente elevato e il segnale di uscita VCO può facilmente interferire con altri circuiti. Infatti, il VCO è spesso posizionato alla fine della regione RF, e a volte richiede uno scudo metallico. I circuiti risonanti (uno per il trasmettitore, l'altro per il ricevitore) sono collegati al VCO, ma hanno le loro caratteristiche. In poche parole, un circuito risonante è un circuito risonante parallelo con diodi capacitivi che aiutano a impostare la frequenza di funzionamento VCO e modulare la voce o i dati ai segnali RF. Tutti i principi di progettazione VCO si applicano anche ai circuiti risonanti. I circuiti risonanti sono solitamente molto sensibili al rumore perché contengono un gran numero di componenti, hanno un'ampia area di distribuzione sulla scheda e di solito funzionano ad alta frequenza RF. I segnali sono solitamente disposti su perni adiacenti del chip, ma questi perni devono essere accoppiati con induttori e condensatori relativamente grandi per funzionare, il che a sua volta richiede che questi induttori e condensatori siano posizionati vicino tra loro e collegati di nuovo a un ciclo di controllo sensibile al rumore. Non è facile farlo. 3. Grande attenzione dovrebbe essere prestata ai seguenti aspetti nella progettazione della scheda PCB del telefono mobile3.1 Elaborazione dell'alimentazione elettrica e del cavo di messa a terra Anche se il cablaggio nell'intera scheda PCB è completato bene, ma l'interferenza causata dall'alimentazione elettrica e dal cavo di terra non è considerata bene, le prestazioni del prodotto diminuiranno e a volte influenzeranno anche il tasso di successo del prodotto. Quindi il cablaggio di elettricità, filo di terra dovrebbe essere trattato seriamente, l'interferenza di rumore che l'elettricità, posto di filo di terra produce cade per limitare, al fine di garantire la qualità del prodotto. Per ogni ingegnere che è impegnato nella progettazione di prodotti elettronici, è chiaro che la ragione del rumore tra cavo di terra e linea elettrica viene generata. Ora, la riduzione del rumore è descritta solo come segue:(1) È ben noto che il condensatore di disaccoppiamento viene aggiunto tra l'alimentazione elettrica e il cavo di massa. (2) per quanto possibile per allargare la larghezza dell'alimentazione elettrica, il filo di terra è più ampio della linea elettrica, la loro relazione è: filo di terra > linea elettrica > linea di segnale, solitamente la larghezza della linea del segnale è 0,2 ~ 0,3mm, la larghezza fine può raggiungere 0,05 ~ 0,07mm, la linea elettrica è 1,2 ~ 2,5mm. La scheda PCB del circuito digitale può essere costituita da un ciclo di conduttori di terra ampi, cioè una rete di terra per l'uso (la terra del circuito analogico non può essere utilizzata in questo modo). (3) con una grande area di strato di rame per terra, nel bordo stampato non è utilizzato nel luogo sono collegati con la terra come terra. O renderlo scheda multistrato, alimentazione elettrica, linea di messa a terra occupano ciascuno uno strato.3.2 Elaborazione comune a terra di circuito digitale e circuiti analogiciMolti PCB non sono più circuiti monofunzionali (digitali o analogici), ma una miscela di circuiti digitali e analogici. Pertanto, durante il cablaggio, dobbiamo considerare l'interferenza tra di loro, in particolare l'interferenza acustica sulla linea di terra. Il circuito digitale ha alta frequenza e il circuito analogico ha una forte sensibilità. Per la linea di segnale, la linea di segnale ad alta frequenza dovrebbe essere il più lontano possibile dal dispositivo sensibile del circuito analogico. Per la linea di terra, l'intera scheda PCB ha un solo nodo al mondo esterno, quindi il problema del terreno comune digitale e analogico deve essere affrontato all'interno della scheda PCB. E nella scheda all'interno della terra digitale e della terra analogica sono effettivamente separati l'uno dall'altro, solo nella scheda PCB e nell'interfaccia di connessione esterna (come spina, ecc.). C'è un po' di una breve connessione tra la terra digitale e la terra analogica. Si noti che c'è un solo punto di connessione. Ci sono anche incommon sulla scheda PCB, che dipende dalla progettazione del sistema.3.3 I cavi di segnale sono posati su strati elettrici (a terra)Nel cablaggio PCB multistrato, perché non c'è linea finita rimasta nello strato della linea di segnale, e quindi aggiungere strati causerà sprechi anche la produzione di una certa quantità di lavoro, il costo è aumentato di conseguenza, al fine di risolvere questa contraddizione, è possibile considerare il cablaggio nello strato elettrico (a terra). La zona di potenza dovrebbe essere considerata prima, e la formazione seconda. Perché preserva l'integrità della formazione.3.4 Elaborazione di gambe di collegamento in conduttore di grande areaNella messa a terra di grande area (elettricità), le gambe di componenti comuni sono collegate con loro. La lavorazione delle gambe di collegamento deve essere considerata in modo completo. In termini di prestazioni elettriche, i cuscinetti delle gambe dei componenti sono completamente collegati con la superficie di rame, ma ci sono alcuni pericoli nascosti per l'assemblaggio di saldatura dei componenti, come: 1) la saldatura ha bisogno di un riscaldatore ad alta potenza. 2) Facile da causare giunti di saldatura virtuali. Pertanto, tenendo conto delle prestazioni elettriche e delle esigenze di processo, fare un pad di saldatura trasversale, chiamato scudo termico, comunemente noto come termico, in modo che la possibilità di punto di saldatura virtuale a causa di eccessiva dissipazione del calore nella sezione di saldatura sia notevolmente ridotta e la gamba dello strato di connessione elettrica (terra) della scheda multistrato è la stessa.3.5 Ruolo del sistema di rete in cabloIn molti sistemi CAD, il cablaggio è determinato dal sistema di rete. La griglia è troppo densa, il percorso è aumentato, ma il passo è troppo piccolo, il volume di dati del campo grafico è troppo grande, che inevitabilmente avrà requisiti più elevati per lo spazio di archiviazione dell'apparecchiatura, ma ha anche un grande impatto sulla velocità di calcolo dei prodotti elettronici informatici. Alcuni percorsi non sono validi, come quelli occupati dai cuscinetti delle gambe dei componenti o da fori di montaggio, fori di regolazione, ecc. Una griglia troppo scarsa e troppi percorsi hanno una grande influenza sul tasso di distribuzione. Pertanto, è necessario avere un sistema di rete ragionevolmente denso per sostenere il cablaggio. Le gambe dei componenti standard sono distanti 0,1 pollici (2,54 mm), quindi la base dei sistemi di rete è solitamente 0,1 pollici (2,54 mm) o multipli integrali di meno di 0,1 pollici (ad esempio 0,05 pollici, 0,025 pollici, 0,02 pollici, ecc.).4. Le tecniche e i metodi per la progettazione della scheda PCB hf sono i seguenti: 4.1 L'angolo della linea di trasmissione deve adottare un angolo di 45° per ridurre le perdite di ritorno 4.2 Circuito isolante ad alte prestazioni con valore costante di isolamento rigorosamente controllato secondo i livelli. Questo metodo è vantaggioso per una gestione efficace del campo elettromagnetico tra materiale isolante e cablaggio adiacente.4.3 Le specifiche di progettazione della scheda PCB per l'incisione ad alta precisione dovrebbero essere migliorate. Considera di specificare un errore di larghezza totale della linea di +/-0,0007 pollici, gestire sottosezioni e sezioni trasversali delle forme di cablaggio e specificare le condizioni di rivestimento della parete laterale del cablaggio. La gestione complessiva della geometria dei cavi (fili) e delle superfici di rivestimento è importante per affrontare gli effetti cutanei relativi alle frequenze delle microonde e per implementare queste specifiche.4.4 Piombo saliente con induttanza del rubinetto, evitare l'uso di componenti di piombo. Negli ambienti ad alta frequenza, utilizzare componenti montati in superficie.4.5 Per il segnale attraverso i fori, l'uso di PTH su piastre sensibili deve essere evitato in quanto questo processo può causare induttanza al piombo nei fori passanti.4.6 Devono essere forniti strati di terreno abbondanti. I fori stampati sono utilizzati per collegare questi strati di messa a terra per evitare che i campi elettromagnetici 3d influenzino il circuito stampato.4.7 Scegli il processo di nichelatura non elettrolisi o di placcatura in oro ad immersione, non utilizzare il metodo HASL per placcatura. Questa superficie elettroplaccata fornisce un migliore effetto cutaneo per le correnti ad alta frequenza (Figura 2). Inoltre, questo rivestimento altamente saldabile richiede meno cavi, contribuendo a ridurre l'inquinamento ambientale.4.8 Lo strato di resistenza alla saldatura può impedire il flusso della pasta di saldatura. Tuttavia, a causa dell'incertezza dello spessore e delle prestazioni di isolamento sconosciute, coprire l'intera superficie della piastra con materiale di resistenza alla saldatura porterà a un grande cambiamento nell'energia elettromagnetica nella progettazione di microstrip. Generalmente, la diga di saldatura è utilizzata come strato di resistenza della saldatura. Il campo elettromagnetico di. In questo caso, gestiamo la conversione da microstrip a cavo coassiale. Nei cavi coassiali, gli strati di terra sono intrecciati in anelli e distanziati uniformemente. Nelle microcinghie, lo strato di messa a terra è al di sotto della linea attiva. Questo introduce alcuni effetti di bordo che devono essere compresi, previsti e considerati al momento della progettazione. Naturalmente, questo disallineamento porta anche a backloss e deve essere minimizzato per evitare rumori e interferenze di segnale sulla scheda PCB.