PCB Tecnico - Principio di progettazione del circuito ad alta frequenza e del PCB ad alta frequenza

I principi di progettazione del PCB coinvolgono molti aspetti, tra cui i principi di base, anti-interferenza, compatibilità elettromagnetica, protezione della sicurezza, ecc In particolare, lo sviluppo di circuiti ad alta frequenza (specialmente nel PCB ad alta frequenza) porta alla mancanza di concetti pertinenti nel PCB ad alta frequenza. Molte persone rimangono ancora sulla base di "collegare i principi elettrici con i conduttori per svolgere un ruolo predeterminato", e pensano persino che "la progettazione PCB appartiene alla considerazione della struttura, del processo e del miglioramento dell'efficienza produttiva". Molti ingegneri RF non si rendono pienamente conto che questo collegamento dovrebbe essere l'obiettivo speciale dell'intero lavoro di progettazione nella progettazione RF e spendono erroneamente le loro energie nella selezione di componenti ad alte prestazioni, che si traduce in un netto aumento dei costi ma un piccolo miglioramento delle prestazioni.

In particolare, il circuito digitale si basa sulla sua forte anti-interferenza, rilevamento e correzione degli errori e può costruire arbitrariamente vari collegamenti intelligenti per garantire la normale funzione del circuito. Un normale circuito applicativo digitale con alta configurazione aggiuntiva di vari collegamenti "assicurare normali" è ovviamente una misura senza concetto di prodotto. Ma spesso nel link "non vale la pena", ma portano a una serie di problemi di prodotto. La ragione è che questo tipo di collegamento funzionale che non vale la pena costruire garanzia di affidabilità dal punto di vista dell'ingegneria del prodotto dovrebbe essere basato sul meccanismo di funzionamento del circuito digitale stesso, che è solo la struttura sbagliata nella progettazione del circuito (compresa la progettazione PCB), che porta al circuito in uno stato instabile. Questo tipo di stato instabile è un'applicazione di base sotto lo stesso concetto del problema simile del PCB ad alta frequenza.

PCB ad alta frequenza

Nei circuiti digitali, ci sono tre aspetti che meritano di essere presi sul serio

(1) Il segnale digitale stesso appartiene al segnale ad ampio spettro. Secondo i risultati della funzione Fourier, contiene ricchi componenti ad alta frequenza, quindi i componenti ad alta frequenza dei segnali digitali sono pienamente considerati nella progettazione di IC digitale. Tuttavia, oltre all'IC digitale, se l'area di transizione del segnale all'interno e tra ogni collegamento funzionale è arbitraria, porterà a una serie di problemi. Soprattutto nell'applicazione mista di circuiti digitali, analogici e ad alta frequenza.

(2) Tutti i tipi di progettazione di affidabilità nell'applicazione dei circuiti digitali sono correlati ai requisiti di affidabilità e ai requisiti di ingegneria del prodotto dei circuiti in applicazione pratica, quindi è impossibile aggiungere varie parti di "garanzia" ad alto costo ai circuiti che soddisfano i requisiti dalla progettazione convenzionale.

(3) La velocità di lavoro dei circuiti digitali si sta muovendo verso l'alta frequenza con uno sviluppo senza precedenti (ad esempio, la frequenza principale della CPU ha raggiunto 1,7 GHz ben oltre il limite inferiore della banda a microonde). Anche se la funzione di garanzia dell'affidabilità dei dispositivi correlati è sincronizzata, si basa sulle caratteristiche interne e tipiche del segnale esterno del dispositivo.

Per il circuito ad alta frequenza a livello di microonde, ogni stripline corrispondente sul PCB forma una linea microstrip (tipo asimmetrico) con la piastra di messa a terra. Per PCB con più di due strati, può formare una linea microstrip e una stripline (linea di trasmissione simmetrica microstrip). Diverse linee di microstrappo (PCB bifacciale) o stripline (PCB multistrato) formano linee di microstrappo di accoppiamento tra loro, formando così varie complesse reti a quattro porte, formando così varie caratteristiche del circuito a livello di microonde PCB.

Si può vedere che la teoria della linea di trasmissione microtrip è la base di progettazione del circuito ad alta frequenza a microonde PCB.

Per il design rf-pcb superiore a 800 MHz, il design della rete PCB vicino all'antenna dovrebbe seguire pienamente la teoria del microstrip (piuttosto che utilizzare il concetto di microstrip come strumento per migliorare le prestazioni dei dispositivi a parametri grumi). Più alta è la frequenza, più significativo è il significato guida della teoria del microtrip.

Per i parametri raggruppati e i parametri distribuiti del circuito, minore è la frequenza di lavoro, più deboli sono le caratteristiche di funzione dei parametri distribuiti, ma i parametri distribuiti esistono sempre. Non esiste una chiara linea di demarcazione se considerare l'influenza dei parametri distribuiti sulle caratteristiche del circuito. Pertanto, l'istituzione del concetto di microtrip è importante anche per la progettazione PCB del circuito digitale e del circuito di frequenza intermedia relativo.

La base e il concetto della teoria del microtrip e il concetto di progettazione del circuito RF a livello di microonde e del PCB sono in realtà un aspetto applicativo della teoria della linea di trasmissione doppia a microonde. Per il cablaggio rf-pcb, ogni linea di segnale adiacente (anche adiacente in piani diversi) ha le caratteristiche di seguire il principio di base di due linee (per le quali, quanto segue sarà chiaramente descritto).

Sebbene il circuito RF a microonde comune sia dotato di una piastra di terra su un lato, il che rende la linea di trasmissione del segnale a microonde su di esso tende ad essere una complessa rete a quattro porte, quindi seguendo direttamente la teoria del microtrip accoppiato, la sua base è ancora la teoria a due fili. Pertanto, nella pratica progettuale, la teoria della doppia linea ha un significato guida più ampio.

In generale, per i circuiti a microonde, la teoria dei microstrip ha un significato guida quantitativo, che appartiene all'applicazione specifica della teoria a due linee, mentre la teoria dei due fili ha un significato guida qualitativo più ampio.

Vale la pena ricordare che tutti i concetti forniti dalla teoria dei due fili, in superficie, sembrano non avere alcun collegamento con il lavoro di progettazione reale (soprattutto circuiti digitali e circuiti a bassa frequenza), ma sono in realtà un'illusione. La teoria dei due fili può guidare tutti i problemi concettuali nella progettazione dei circuiti elettronici, specialmente nella progettazione dei circuiti PCB.

Sebbene la teoria della doppia linea sia stabilita sulla premessa del circuito ad alta frequenza a microonde, è solo a causa dell'influenza dei parametri distribuiti nel circuito ad alta frequenza che il significato guida è particolarmente prominente. Nei circuiti digitali o a media e bassa frequenza, confrontati con i componenti dei parametri raggruppati, i parametri distribuiti possono essere ignorati e il concetto di teoria a due fili diventa confuso.

Tuttavia, come distinguere tra circuito ad alta frequenza e circuito a bassa frequenza è spesso trascurato nella pratica di progettazione. A che tipo di logica digitale generale o circuiti a impulsi appartengono? Ovviamente, il circuito a bassa frequenza e il circuito a media bassa frequenza con componenti non lineari possono facilmente riflettere alcune caratteristiche ad alta frequenza una volta che alcune condizioni sensibili cambiano. La frequenza principale della CPU ha raggiunto 1.7GHz, che è ben oltre il limite inferiore della frequenza a microonde, ma è ancora un circuito digitale. A causa di queste incertezze, la progettazione PCB è molto importante.

In molti casi, i componenti passivi nel circuito possono essere equivalenti alla linea di trasmissione o alla linea di microscatto di specifiche specifiche e possono essere descritti dalla teoria della linea di trasmissione doppia e dai relativi parametri.

In una parola, si può considerare che la teoria della doppia linea di trasmissione è nata sulla base della sintesi delle caratteristiche di tutti i circuiti elettronici. Pertanto, rigorosamente parlando, se il concetto incorporato nella teoria della linea di trasmissione doppia è preso come principio in ogni collegamento della pratica di progettazione, allora il circuito PCB corrispondente dovrà affrontare pochi problemi (non importa quali condizioni di lavoro il circuito è applicato).