PCB Tecnico - Cinque standard per le linee guida di progettazione PCB RF

Nel campo della progettazione di PCB a radiofrequenza (RF), nel sistema teorico pubblico esistente, ci sono ancora molte incognite e incertezze, che spesso lo rende considerato come una "abilità misteriosa" dall'industria. In generale, per la banda di frequenza a microonde al di sotto della progettazione del circuito, compresi i circuiti digitali a bassa frequenza e bassa frequenza, purché una comprensione completa e seguano tutti i tipi di principi di progettazione e attraverso un'attenta pianificazione, spesso in grado di raggiungere una progettazione di successo una volta sola. Tuttavia, quando si tratta di circuiti digitali di tipo PC nelle bande di frequenza sopra il microonde e alle alte frequenze, la situazione diventa molto più complessa. In queste aree ad alta frequenza, è spesso necessario passare attraverso due o tre versioni di iterazioni di progettazione PCB per garantire stabilità e prestazioni del circuito.

Cinque standard per la progettazione di PCB RF

1) Nella progettazione PCB di RF a bassa potenza, vengono utilizzati principalmente materiali standard FR4 (buone proprietà di isolamento, materiale uniforme, costante dielettrica ε=4, 10%). Pricipalmente usi 4-layer a 6-layer board. In caso di costi molto sensibili, possono essere utilizzate tavole bifacciali con uno spessore inferiore a 1mm. Assicurarsi che il lato opposto sia uno strato completo. Allo stesso tempo, lo spessore della scheda bifacciale è superiore a 1mm, rendendo lo strato di strato e segnale Il mezzo FR4 in mezzo è spesso. Per far sì che l'impedenza della linea del segnale RF raggiunga 50 ohm, la larghezza della traccia del segnale è spesso di circa 2mm, il che rende difficile controllare la distribuzione spaziale della scheda. Per una scheda a quattro strati, generalmente lo strato superiore utilizza solo linee di segnale RF, il secondo strato è un terreno completo e il terzo strato è un alimentatore. Lo strato inferiore utilizza generalmente linee di segnale digitali che controllano lo stato del dispositivo RF (come l'impostazione delle linee di segnale clk, Data e LE). È meglio non rendere l'alimentazione del terzo strato in un piano continuo, ma rendere le linee di alimentazione di ogni dispositivo RF distribuite a forma di stella, e infine collegare ad un punto. Non incrociare le tracce di potenza dei dispositivi RF di terzo livello con le linee digitali sullo strato inferiore.

2) Per un PCB a segnale misto, la parte RF e la parte analogica dovrebbero essere lontane dalla parte digitale (questa distanza è solitamente superiore a 2 cm, almeno 1 cm), e la terra della parte digitale dovrebbe essere separata dalla parte RF. È severamente vietato utilizzare un alimentatore di commutazione per alimentare direttamente la parte RF. Il motivo principale è che l'ondulazione dell'alimentazione elettrica di commutazione modula il segnale della parte RF. Questo tipo di modulazione spesso danneggia gravemente il segnale di radiofrequenza, portando a risultati fatali. In circostanze normali, l'uscita dell'alimentazione di commutazione può essere passata attraverso una grande bobina di choke, un filtro π e poi un LDO a basso rumore (Micrel's MIC5207, MIC5265 series). Per i circuiti RF ad alta tensione e ad alta potenza, è possibile considerare l'utilizzo di LM1085, LM1083, ecc.) per ottenere l'alimentazione al circuito RF.

3) Nel PCB RF, ogni componente dovrebbe essere organizzato strettamente per garantire la connessione più breve tra ogni componente. Per il circuito ADF4360-7, la distanza tra l'induttore VCO sui pin-9 e pin-10 e il chip ADF4360 dovrebbe essere il più breve possibile per garantire che l'induttanza di serie distribuita causata dalla connessione tra l'induttore e il chip sia minimizzata. Per i perni di terra (GND) di ogni dispositivo RF sulla scheda, compresi i perni che collegano resistenze, condensatori, induttanze e terra (GND), i fori e i piani di terra devono essere forati il più vicino possibile ai perni (secondo strato) collegati.

4) Quando si scelgono componenti da lavorare in un ambiente ad alta frequenza, utilizzare componenti di montaggio superficiale il più possibile. Questo perché i componenti di montaggio superficiale sono generalmente di piccole dimensioni e i cavi dei componenti sono molto corti. In questo modo, l'influenza di parametri aggiuntivi causati dai pin dei componenti e dal cablaggio interno del componente può essere minimizzata. Soprattutto per resistenze discrete, condensatori e componenti di induttanza, utilizzare un pacchetto più piccolo (0603\0402) è molto utile per migliorare la stabilità e la consistenza del circuito.

5) Nel layout e nella progettazione PCB, i dispositivi attivi che lavorano in un ambiente ad alta frequenza spesso hanno più di un pin di alimentazione. In questo momento, è necessario prestare attenzione a impostare un pin di alimentazione separato vicino a ciascun pin di alimentazione (circa 1mm). Anche la capacità, il valore di capacità è di circa 100nF. Quando lo spazio della scheda lo consente, si consiglia di utilizzare due condensatori di disaccoppiamento per ogni pin, i valori di capacità sono rispettivamente 1nF e 100nF. Generalmente, i condensatori ceramici fatti di X5R o X7R sono utilizzati. Per lo stesso dispositivo attivo RF, diversi pin di alimentazione possono alimentare diverse parti funzionali nel dispositivo (chip), e ogni parte funzionale nel chip può funzionare a frequenze diverse. Ad esempio, l'ADF4360 ha tre pin di alimentazione, che forniscono alimentazione al VCO, PFD e alle parti digitali on-chip. Queste tre parti realizzano funzioni completamente diverse e anche la frequenza operativa è diversa. Una volta che il rumore a bassa frequenza della parte digitale è trasmesso alla parte VCO attraverso la traccia di potenza, la frequenza di uscita del VCO può essere modulata da questo rumore, causando speroni che sono difficili da eliminare.

Per evitare che ciò accada, oltre a utilizzare condensatori separati di disaccoppiamento, i pin di alimentazione di ogni parte funzionale del dispositivo RF attivo devono essere collegati tra loro attraverso una perla magnetica induttiva (circa 10uH). Questo design è molto vantaggioso per il miglioramento delle prestazioni di isolamento dei mixer attivi LO-RF e LO-IF che includono l'amplificazione del buffer LO e l'amplificazione del buffer RF.