PCB Tecnico - Progettazione PCB a circuito ad alta frequenza

I componenti si stanno sviluppando nella direzione di alta velocità, basso consumo, piccole dimensioni e alta anti-interferenza. Questa tendenza di sviluppo pone molti nuovi requisiti per la progettazione di circuiti stampati. La progettazione del PCB è una fase importante nella progettazione di prodotti elettronici. Dopo che lo schema elettrico è stato progettato, diverse schede funzionali sono determinate in base ai requisiti strutturali e secondo la divisione funzionale, e le dimensioni esterne e i metodi di installazione di ogni scheda funzionale €€€¶ PCB devono essere determinati contemporaneamente. Considera la convenienza di debug e manutenzione, nonché fattori come schermatura, dissipazione del calore e prestazioni EMI. Gli ingegneri sono tenuti a determinare il layout e il piano di cablaggio, determinare i dettagli dei circuiti chiave e delle linee di segnale e metodi di cablaggio, nonché i principi di cablaggio che dovrebbero essere seguiti. Diverse fasi del processo di progettazione PCB devono essere ispezionate, analizzate e modificate. Una volta completato l'intero cablaggio, può passare attraverso un'ispezione completa delle regole prima di poter essere elaborato.

1. Introduzione

2. Progettazione PCB ad alta velocità

Nell'ingegneria dei prodotti, la progettazione PCB occupa una posizione molto importante, specialmente nella progettazione elettrica ad alta frequenza. Ci sono alcune regole generali, e queste regole saranno trattate come linee guida generali. L'applicazione dei principi e delle tecniche di progettazione PCB dei circuiti ad alta frequenza alla progettazione può aumentare notevolmente il tasso di successo della progettazione.

(1) Principi di progettazione del cablaggio del circuito ad alta velocità PCB

1. Per ridurre al minimo la ventola logica, è meglio trasportare un solo carico.

2. Evitare l'uso di fori passanti il più possibile tra l'uscita e l'estremità ricevente della linea di segnale ad alta velocità ed evitare la croce del modello del perno. Soprattutto la linea del segnale dell'orologio ha bisogno di particolare attenzione.

3. Le linee di segnale degli strati adiacenti superiori e inferiori dovrebbero essere perpendicolari l'uno all'altro per evitare di girare ad angolo retto.

4. La resistenza di carico di terminazione parallela dovrebbe essere il più vicino possibile all'estremità ricevente.

5. Per garantire la riflessione minima, la lunghezza di tutte le linee aperte (o senza terminazioni corrispondenti) deve soddisfare la formula seguente:

Lunghezza del percorso aperto Lopen (pollici)

trise--Tempo di aumento del segnale (ns)

tpd--Ritardo di propagazione della linea (0.188ns/in--secondo le caratteristiche della linea di striscia).

Tempo di salita tipico di diversi circuiti logici ad alta velocità:

6. Quando la lunghezza del circuito aperto supera il valore richiesto dalla formula di cui sopra, una resistenza di smorzamento di serie dovrebbe essere utilizzata e la resistenza di terminazione di serie dovrebbe essere collegata al pin di uscita il più possibile.

7. Assicurarsi che il circuito analogico e il circuito digitale siano separati. AGND e DGND devono essere collegati tra loro attraverso un induttore o una perlina magnetica e devono essere il più vicino possibile al convertitore A/D.

8. Assicurare un sufficiente disaccoppiamento dell'alimentazione elettrica.

9. È meglio usare resistenze e condensatori di montaggio superficiale.

(2) bypass e disaccoppiamento

1. Prima di scegliere un condensatore di disaccoppiamento, calcolare prima i requisiti di frequenza di risonanza per filtrare le correnti ad alta frequenza.

2. Sopra la frequenza autoresonante, il condensatore diventerà induttivo e perderà la sua capacità di disaccoppiamento. Va notato che alcuni circuiti logici hanno energia spettrale più elevata rispetto alla frequenza risonante del condensatore di disaccoppiamento comune.

3. La frequenza di risonanza del contenitore stesso è chiamata frequenza di auto-risonanza. Se si desidera filtrare l'alta frequenza

4. è necessario calcolare il valore di capacità richiesto in base all'energia RF contenuta nel circuito, il tempo di aumento del circuito di commutazione e la gamma di frequenza di particolare attenzione. Non usare congetture o usarlo secondo l'uso abituale precedente.

5. Calcolare le frequenze di risonanza dei piani di terra e di potenza. Il condensatore di disaccoppiamento costruito con questi due piani può ottenere il massimo beneficio.

6. Per i componenti ad alta velocità e le aree con abbondante energia di larghezza di banda RF, i condensatori multipli dovrebbero essere utilizzati in parallelo per rimuovere l'energia RF con una grande larghezza di banda. Va anche notato che quando il grande condensatore diventa induttivo alle alte frequenze, il piccolo condensatore rimane capacitivo. Ad una particolare frequenza, formerà un circuito risonante LC, con conseguente impedenza infinita, perdendo così completamente la funzione di bypass. Se questo accade, è più efficace utilizzare un singolo condensatore.

7. impostare condensatori paralleli sui lati di tutti i connettori di ingresso di alimentazione sul circuito stampato e pin di alimentazione dei componenti il cui tempo di aumento è più veloce di 3ns.

8. Alla direzione diagonale del terminale di ingresso di alimentazione PCB e della chiave, un condensatore di capacità sufficiente dovrebbe essere utilizzato per garantire il cambiamento di corrente generato quando il circuito è commutato. La stessa considerazione dovrebbe essere data ai condensatori di disaccoppiamento di altri circuiti. Maggiore è la corrente di funzionamento, maggiore è la capacità richiesta. Al fine di ridurre la pulsazione di tensione e corrente, migliorare la stabilità del sistema. Pertanto, il condensatore di disaccoppiamento assume il duplice ruolo di disaccoppiamento e freewheeling.

9. Se si utilizzano troppi condensatori di disaccoppiamento, una grande quantità di corrente sarà prelevata dall'alimentazione elettrica quando è acceso. Pertanto, un gruppo di condensatori di grandi dimensioni dovrebbe essere posizionato all'uscita dell'alimentazione elettrica per fornire una grande quantità di corrente.

(3) Trasformazione dell'impedenza e corrispondenza

1. Nei circuiti a bassa frequenza, il concetto di corrispondenza è molto importante (rendere l'impedenza di carico uguale alla resistenza interna della sorgente di eccitazione). Nei circuiti ad alta frequenza, l'abbinamento dei terminali della linea di segnale è più importante:

Da un lato, ZL=Zc è richiesto per garantire che non vi sia alcuna onda in piedi lungo la linea; d'altra parte, per ottenere la potenza massima, è necessario che l'estremità in ingresso della linea di segnale e la sorgente di eccitazione siano coniugate. Pertanto, l'abbinamento ha un impatto diretto sulle prestazioni di funzionamento del circuito a microonde. Visibile:

Se i terminali non sono abbinati, si verificheranno riflessi e onde standing sulla linea del segnale, con conseguente calo della potenza di carico (onde standing ad alta potenza causeranno anche scintille agli antinodi).

A causa dell'esistenza dell'onda riflessa, avrà un effetto negativo sulla sorgente di eccitazione, con conseguente diminuzione della stabilità della frequenza operativa e della potenza di uscita.

Tuttavia, in pratica, l'impedenza di carico data e l'impedenza caratteristica della linea del segnale non sono necessariamente le stesse e l'impedenza della linea del segnale e della sorgente di eccitazione non è necessariamente coniugata, quindi è necessario comprendere e applicare la tecnologia di corrispondenza dell'impedenza.

2. Convertitore di impedenza Î"/4

Quando la lunghezza della linea del segnale L=Î"/4, cioè βL=Ï/2, possiamo ottenere: Zin=Zc2/ZL

La formula di cui sopra mostra che dopo la trasformazione della linea di trasmissione Î"/4PCB, la sua impedenza cambierà significativamente. Si può sapere che quando lo ZL non corrisponde, la riconfigurazione della linea di trasmissione PCB può essere utilizzata per raggiungere lo scopo di corrispondenza. Per le due linee di trasmissione PCB con impedenze caratteristiche di Z'c e Z"c, la linea di trasmissione PCB può essere collegata per raggiungere lo scopo di abbinare Z'c e Z"c.

Va notato che la frequenza di funzionamento del convertitore di impedenza Î"/4 dopo aver abbinato due linee di trasmissione PCB con impedenze diverse è molto stretta.

3. Corrispondenza di cortocircuito singolo ramo

L'impedenza della linea di trasmissione PCB può essere cambiata collegando una linea di cortocircuito con una struttura adeguata nella posizione appropriata della linea di trasmissione PCB per raggiungere lo scopo corrispondente.

(4) Strato PCB

I circuiti ad alta frequenza tendono ad avere una maggiore integrazione e una maggiore densità di cablaggio. L'uso di schede multistrato non è solo necessario per il cablaggio, ma anche un mezzo efficace per ridurre le interferenze. Una scelta ragionevole del numero di strati può ridurre notevolmente le dimensioni del cartone stampato. Può fare pieno uso dello strato intermedio per impostare schermatura, che può essere realizzato meglio. Il terreno vicino può ridurre efficacemente l'induttanza parassitaria, può ridurre efficacemente la lunghezza di trasmissione del segnale, può ridurre notevolmente l'interferenza incrociata tra i segnali, ecc. Tutti questi sono benefici per il funzionamento affidabile dei circuiti ad alta frequenza. Ci sono dati che mostrano che lo stesso materiale è migliore di una scheda a quattro strati. Il rumore del doppio pannello è 20 dB più basso, ma più alto è il numero di strati, più complicato il processo di produzione e più alto è il costo.

(5) Isolamento di potenza e separazione del filo di terra

Il cablaggio del circuito con funzioni diverse o requisiti diversi richiede spesso isolamento e messa a terra. Ad esempio, circuiti analogici e circuiti digitali, circuiti di segnale deboli e circuiti di segnale forti, circuiti sensibili (PLL, trigger a basso jitter, ecc.) e altri circuiti dovrebbero ridurre al minimo le interferenze tra loro in modo che i circuiti possano soddisfare le specifiche previste.

Requisiti di base:

1. Gli strati di potenza o gli strati di terra in aree diverse dovrebbero essere collegati insieme all'ingresso di potere, solitamente struttura a forma di albero o struttura a forma di dito, e il metodo di divisione della linea di terra di diversi circuiti funzionali, lo spazio di divisione e il bordo del bordo non deve essere inferiore a 2mm.

2. Diversi tipi di aree elettriche e aree di terra non possono attraversare l'un l'altro

3. Fosse e ponti. A causa della divisione del piano di terra, il ciclo di ritorno della trasmissione del segnale tra i vari circuiti funzionali è spesso discontinuo. Al fine di garantire la connessione del segnale, potenza e terra, oltre all'uso di isolamento del trasformatore (non può trasmettere segnali DC), isolamento optocoppiatore (oltre a difficili da trasmettere alte frequenze), metodi di bridge sono comunemente utilizzati. Il "ponte" è in realtà una lacuna nella trincea, e c'è solo un posto. La linea di segnale, l'alimentazione elettrica e la terra attraversano la trincea da qui come mostrato nella figura. Quando si utilizza questo metodo, se si tratta di un sistema di messa a terra multipunto (tutti i progetti ad alta velocità sono), è meglio collegare entrambi i lati del ponte al terreno del telaio.

3. Conclusione

Nell'ingegneria dei prodotti, la progettazione PCB occupa una posizione molto importante, specialmente nella progettazione elettrica ad alta frequenza. Lo stesso design di principio, gli stessi componenti e PCB prodotti da persone diverse hanno risultati diversi. Ci sono molte cose che funzionano in linea di principio ma sono difficili da realizzare in ingegneria, o cose che altri possono raggiungere, altri non possono raggiungere. Pertanto, non è difficile creare una scheda PCB, ma non è facile creare una scheda PCB. Cose.