PCB Tecnico - Progettazione della partizione del circuito RF

Quando si progetta il layout RF, ci sono diversi principi generali che devono essere soddisfatti prima:

Separare il più possibile l'amplificatore RF ad alta potenza (HPA) e l'amplificatore a basso rumore (LNA). In poche parole, tenere il circuito del trasmettitore RF ad alta potenza lontano dal circuito del ricevitore RF a bassa potenza. Se hai molto spazio fisico sul tuo PCB, puoi farlo facilmente, ma di solito ci sono molti componenti e lo spazio PCB è piccolo, quindi di solito questo è impossibile. Puoi metterli su entrambi i lati della scheda PCB, o lasciarli lavorare alternativamente invece di lavorare allo stesso tempo. I circuiti ad alta potenza a volte includono buffer RF e oscillatori a tensione controllata (VCO).

Assicurati che ci sia almeno un intero pezzo di terreno nell'area ad alta potenza del PCB, preferibilmente senza vias. Certo, più rame, meglio è. Più tardi, discuteremo come rompere questo principio di progettazione se necessario e come evitare i problemi che possono essere causati da questo.

Anche il disaccoppiamento del chip e dell'alimentazione elettrica è estremamente importante e diversi modi per attuare questo principio saranno discussi in seguito.

Come partizionare?

Le partizioni di progettazione possono essere decomposte in partizioni fisiche e partizioni elettriche. 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.

Per prima cosa 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 del circuito stampato 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. Le tracce RF e IF devono essere incrociate il più possibile e un terreno dovrebbe essere posizionato tra di loro il più possibile. Il corretto percorso RF è molto importante per le prestazioni dell'intera scheda PCB, motivo per cui il layout dei componenti di solito occupa la maggior parte del tempo nella progettazione della scheda PCB del telefono cellulare.

È difficile garantire un'alta precisione quando si producono scudi metallici di forma irregolare. Scudi metallici rettangolari o quadrati impongono alcune restrizioni sulla disposizione dei componenti; gli schermi metallici non favoriscono la sostituzione dei componenti e la posizione dei guasti; Perché gli schermi metallici devono essere saldati a terra, una distanza adeguata deve essere mantenuta dai componenti, in modo da occupare prezioso spazio 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 essere instradate allo strato interno il più possibile ed è meglio che lo strato PCB sotto lo strato di cablaggio sia lo strato di terra. Le linee di segnale RF possono uscire dal piccolo divario nella parte inferiore dello scudo metallico e lo strato di cablaggio nella fessura di terra, ma quanto più terra possibile intorno allo spazio, il terreno su diversi strati può essere collegato insieme attraverso vie multiple.

Nonostante i problemi di cui sopra, gli schermi metallici sono molto efficaci e sono spesso l'unica soluzione per isolare i circuiti critici.

Il valore minimo di capacità dipende solitamente dalla sua frequenza autoresonante e dall'induttanza bassa del perno e il valore di C4 è scelto 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. L'induttanza L1 impedisce al segnale RF di aggregarsi nel chip dalla linea elettrica. Ricorda: tutte le tracce sono un'antenna potenziale che può ricevere e trasmettere segnali RF, ed è anche necessario isolare i segnali RF indotti dalle linee critiche.

Anche la posizione fisica di questi componenti di disaccoppiamento è solitamente 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 il più vicino a C4, C2 deve essere il più vicino a C3 e il perno IC e le tracce di connessione di C4 devono essere il più brevi possibile. I terminali di terra di questi componenti (in particolare C4) dovrebbero essere solitamente collegati al perno di terra del chip attraverso lo strato di terra successivo. I vias che collegano i componenti allo strato di terra dovrebbero essere il più vicino possibile ai pad dei componenti sul PCB. È meglio utilizzare fori ciechi perforati sulle pastiglie per ridurre al minimo l'induttanza dei fili di collegamento. L'induttanza deve essere vicina a C1.

Il principio della zonizzazione elettrica è approssimativamente lo stesso di quello della zonizzazione fisica, ma contiene anche alcuni altri fattori. Alcune parti dei telefoni cellulari moderni utilizzano diverse tensioni operative e sono controllate da 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.

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, fai molta attenzione alla messa a terra di vari punti sull'intera scheda, altrimenti potresti inconsapevolmente introdurre un canale di accoppiamento che non vuoi verificarsi.

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.

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.

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 RFPCB. Il terreno analogico comune e il terreno utilizzato per schermare e separare le linee di segnale sono di solito ugualmente importanti. Il problema è che senza lungimiranza e attenta pianificazione in anticipo, c'è molto poco che si può fare in questo settore ogni volta. Pertanto, nelle prime fasi della progettazione, un'attenta pianificazione, un layout dei componenti ben ponderato e una valutazione approfondita del layout sono molto importanti. I cambiamenti di progettazione causati da negligenza possono portare a un progetto che sta per essere completato e deve essere ricostruito. Questa grave conseguenza causata da negligenza, in ogni caso, non è una buona cosa per lo sviluppo personale della tua carriera.