PCB Tecnico - Progettazione della scheda PCB basata sul circuito di funzione del modulo dell'interruttore RF

Con lo sviluppo di moderni sistemi di comunicazione wireless, la comunicazione mobile, il radar, la comunicazione satellitare e altri sistemi di comunicazione hanno requisiti più elevati per la velocità di commutazione, la capacità di alimentazione e l'integrazione dell'interruttore ricetrasmettitore. Pertanto, la tecnologia degli autobus VXI è studiata e sviluppata per soddisfare le esigenze dei militari. Il modulo bus VXI appositamente richiesto dal partito ha un significato molto importante. Useremo l'idea di strumento virtuale per realizzare il circuito hardware nel software. L'interruttore RF progettato qui sotto può essere controllato direttamente dal computer e può essere facilmente collegato con il sistema di test bus VXI. L'integrazione, per massimizzare l'applicazione della tecnologia informatica e microelettronica nel campo dei test di oggi, ha ampie prospettive di sviluppo.

1 Progettazione e realizzazione del circuito di interfaccia bus VXI

VXIbus è un'estensione del VMEbus nel campo della strumentazione, ed è un sistema di strumenti automatici modulare gestito da un computer. Si basa su una standardizzazione efficace e adotta un approccio modulare per ottenere serializzazione, generalizzazione, intercambiabilità e interoperabilità degli strumenti VXIbus. La sua architettura aperta e la modalità PlugPlay soddisfano pienamente i requisiti dei prodotti informativi. Presenta i vantaggi della trasmissione dei dati ad alta velocità, della struttura compatta, della configurazione flessibile e della buona compatibilità elettromagnetica. Pertanto, il sistema è molto conveniente da configurare e utilizzare e le sue applicazioni stanno diventando sempre più estese. È gradualmente diventato il bus preferito per l'integrazione del sistema di test ad alte prestazioni.

Il bus VXI è una specifica modulare completamente aperta del backplane dello strumento adatta a vari produttori di strumenti. I dispositivi bus VXI sono principalmente suddivisi in: dispositivi basati su registri, dispositivi basati su messaggi e dispositivi basati su memoria. Attualmente i dispositivi basati su registri rappresentano la maggior percentuale di applicazioni (circa il 70%). Il circuito di interfaccia base del registro VXIbus comprende principalmente quattro parti: azionamento buffer bus, circuito di indirizzamento e decodifica, macchina dello stato di risposta della trasmissione dei dati, configurazione e gruppo del registro di funzionamento. Nelle quattro parti, tranne che il driver buffer bus è realizzato dal chip 74ALS245, il resto è realizzato da FPGA. Vengono utilizzati un pezzo di chip FLEX10K EPF10K10QC208-3 e un pezzo di chip EPROM EPC1441P8 e il software corrispondente MAX+PLUS2 viene utilizzato per la progettazione e l'implementazione.

1.1 Driver buffer bus

Questa parte completa la ricezione o la guida buffer delle linee dati, delle linee di indirizzo e delle linee di controllo nel bus backplane VXI per soddisfare i requisiti dei segnali standard VXI. Per i dispositivi A16/D16, purché il bus dati backplane D00～D15 sia bufferizzato e guidato. Secondo i requisiti della specifica bus VXI, questa parte è implementata con due 74LS245, che sono strozzati da DBEN* (generati dalla macchina di stato di risposta della trasmissione dati).

1.2 Circuito di indirizzamento e decodifica

Le linee di indirizzo includono le linee di indirizzo da A01 a A31, le linee stroboscopiche dati DS0* e DS1*, e le linee di parole lunghe LWORD*. Le linee di controllo includono la linea stroboscopica AS* e la linea di segnale lettura/scrittura SCRITE*.

La progettazione di questo circuito adotta il metodo di progettazione schematica di MAX+PLUS2. Progettare utilizzando i componenti esistenti nella libreria di componenti, utilizzando due 74688 e uno 74138.

Questo modulo funzionale decodifica le linee di indirizzo A15～A01 e le linee di modifica degli indirizzi AM5～AM0. Quando il dispositivo è indirizzato, riceve le informazioni sull'indirizzo sulla linea di indirizzo e sulla linea di modifica dell'indirizzo e lo confronta con l'indirizzo logico LA7～LA0 impostato dall'interruttore di indirizzo hardware su questo modulo, se il valore logico su AM5～AM0 è 29H o 2DH (perché è un dispositivo A16/D16), quando le linee di indirizzo A15 e A14 sono entrambe 1, e il valore logico su A13～A06 è uguale all'indirizzo logico del modulo, il dispositivo è indirizzo strobe (CADDR* è vero). Quindi il risultato viene inviato al livello successivo di controllo di decodifica, e il registro del modulo nello spazio degli indirizzi a 16 bit viene selezionato decodificando gli indirizzi A01～A05.

1.3 Macchina dello stato di risposta della trasmissione dei dati

Il bus di trasmissione dati è un gruppo di bus di trasmissione dati asincroni paralleli ad alta velocità ed è la componente principale dello scambio di informazioni del sistema VMEbus. Le linee di segnale del bus di trasmissione dati possono essere divise in tre gruppi: linee di indirizzamento, linee di dati e linee di controllo.

La progettazione di questa parte adotta il metodo di progettazione di input di testo MAX+PLUS2. A causa della tempistica complicata di DTACK*, il linguaggio AHDL viene utilizzato per progettare e realizzare attraverso la macchina di stato.

Questo modulo funzionale configura i segnali di controllo nel bus backplane VXI e fornisce segnali di temporizzazione e controllo per il ciclo di trasmissione dati standard (generando la trasmissione dati abilita il segnale DBEN*, il segnale di risposta DTACK* richiesto dal bus per completare la trasmissione dati, ecc.). il controllore di sistema si rivolge innanzitutto al modulo e imposta le corrispondenti linee stroboscopiche AS*, linee stroboscopiche dati DS0*, DS1* e linee di segnale SCRITE* che controllano la direzione di trasmissione dei dati come Livello valido. Quando il modulo rileva che gli indirizzi corrispondono e che le linee di controllo sono valide, guidare DTACK* a livello basso per confermare al controller bus che i dati sono stati posizionati sul bus dati (ciclo di lettura) o che i dati sono stati ricevuti correttamente (ciclo di scrittura).

1.4 Registro di configurazione

Ogni dispositivo VXI bus ha un set di "registri di configurazione". Il controllore principale del sistema ottiene alcune informazioni di configurazione di base del dispositivo VXI bus leggendo il contenuto di questi registri, come tipo di dispositivo, modello, produttore, spazio di indirizzo (A16, A24)., A32) e lo spazio di archiviazione richiesto, ecc.

I registri di configurazione di base dei dispositivi VXI bus includono: registri di identificazione, registri di tipo di dispositivo, registri di stato e registri di controllo.

La progettazione di questa parte del circuito adotta il metodo schematico MAX+PLUS2, utilizzando il chip 74541 e i moduli funzionali da esso creati.

I registri ID, DT e ST sono tutti registri di sola lettura, e i registri di controllo sono registri di sola scrittura. In questo design, il bus VXI viene utilizzato principalmente per controllare l'accensione e lo spegnimento di questo lotto di interruttori, quindi finché si scrivono i dati al registro di canale, è possibile controllare lo stato di aspirazione o disconnessione dell'interruttore relè e interrogare lo stato del relè viene anche letto dal registro di canale I dati vanno bene. Secondo i requisiti di progettazione del modulo, scrivere il contenuto appropriato nei bit di dati corrispondenti, in modo da controllare efficacemente l'interruttore di radiofrequenza del modulo funzionale.

2 La progettazione del circuito stampato funzionale del modulo

Ogni dispositivo VXI bus ha un set di "registri di configurazione". Il controllore principale del sistema ottiene alcune informazioni di configurazione di base del dispositivo VXI bus leggendo il contenuto di questi registri, come tipo di dispositivo, modello, produttore, spazio di indirizzo (A16, A24)., A32) e lo spazio di archiviazione richiesto, ecc.

La gamma di frequenza del circuito di radiofrequenza è di circa 10kHz a 300GHz. Man mano che la frequenza aumenta, i circuiti di radiofrequenza mostrano alcune caratteristiche diverse dai circuiti a bassa frequenza e dai circuiti CC. Pertanto, quando si progetta la scheda PCB del circuito di radiofrequenza, è necessario prestare particolare attenzione all'influenza del segnale di radiofrequenza sulla scheda PCB. Il circuito di commutazione a radiofrequenza è controllato dal bus VXI. Al fine di ridurre le interferenze nella progettazione, la parte del circuito di interfaccia bus e il circuito di funzione dell'interruttore di radiofrequenza sono collegati da un cavo piatto. Quanto segue introduce principalmente il design della scheda PCB della parte del circuito di funzione dell'interruttore a radiofrequenza.

2.1 Disposizione dei componenti

La compatibilità elettromagnetica (EMC) si riferisce alla capacità di un sistema elettronico di funzionare normalmente conformemente ai requisiti di progettazione in un ambiente elettromagnetico specificato. Per la progettazione del circuito a radiofrequenza PCB, la compatibilità elettromagnetica richiede che ogni modulo di circuito non produca radiazioni elettromagnetiche il più possibile e abbia un certo grado di capacità di interferenza anti-elettromagnetica. Il layout dei componenti influisce direttamente sull'interferenza e sulla capacità anti-interferenza del circuito stesso. Influenza anche direttamente le prestazioni del circuito progettato.

Il principio generale del layout: i componenti devono essere disposti nella stessa direzione il più possibile e la scarsa saldatura può essere ridotta o addirittura evitata selezionando la direzione del PCB che entra nel sistema di saldatura; deve esserci una distanza di almeno 0,5 mm tra i componenti per soddisfare i requisiti di saldatura dei componenti Se lo spazio della scheda PCB consente, la distanza dei componenti deve essere il più ampia possibile.

Il layout ragionevole dei componenti è anche un prerequisito per un cablaggio ragionevole, quindi dovrebbe essere considerato in modo completo. In questa progettazione, il relè viene utilizzato per convertire il segnale di radiofrequenza, quindi il relè dovrebbe essere posizionato il più vicino possibile all'estremità di ingresso e uscita del segnale, in modo da ridurre al minimo la lunghezza della linea di segnale di radiofrequenza e fare un layout ragionevole per il passo successivo. Considera.

Inoltre, il circuito di commutazione di radiofrequenza è controllato dal bus VXI e l'influenza del segnale di radiofrequenza sul segnale di controllo del bus VXI è anche un problema che deve essere considerato durante il layout.

2.2 Cablaggio

Dopo che il layout dei componenti è fondamentalmente completato, il cablaggio deve essere avviato. Il principio di base del cablaggio è: Quando la densità di assemblaggio lo consente, cercare di utilizzare la progettazione di cablaggio a bassa densità e il cablaggio del segnale è il più spesso possibile, il che favorisce l'accoppiamento dell'impedenza.

Per i circuiti a radiofrequenza, la progettazione irragionevole della direzione, della larghezza e della spaziatura della linea del segnale può causare interferenze incrociate tra le linee di trasmissione del segnale; Inoltre, l'alimentatore del sistema stesso ha anche interferenze acustiche, quindi deve essere presa una considerazione completa quando si progetta il circuito a radiofrequenza PCB. Cablaggio ragionevole.

Durante il cablaggio, tutte le tracce dovrebbero essere lontane dal bordo della scheda PCB (circa 2mm), in modo da evitare rotture del cavo o pericoli nascosti quando viene realizzata la scheda PCB. Il cavo di alimentazione deve essere il più largo possibile per ridurre la resistenza del ciclo. Allo stesso tempo, rendere la direzione del cavo di alimentazione e del cavo di terra coerente con la direzione della trasmissione dei dati per migliorare la capacità anti-interferenza. Le linee di segnale devono essere il più brevi possibile e il numero di vias deve essere ridotto il più possibile; il cablaggio tra i componenti deve essere il più breve possibile per ridurre i parametri di distribuzione e le interferenze elettromagnetiche reciproche; le linee di segnale incompatibili dovrebbero essere tenute lontane l'una dall'altra il più possibile, e cercare di evitare l'instradamento parallelo, e le linee di segnale sui lati anteriore e posteriore dovrebbero essere perpendicolari l'una all'altra: durante l'instradamento, gli angoli dovrebbero essere 135 gradi, evitare di girare angoli retti.

Nel design di cui sopra, la scheda PCB utilizza una scheda a quattro strati. Per ridurre l'influenza del segnale di radiofrequenza sul segnale di controllo del bus VXI, le due linee di segnale sono posizionate rispettivamente nei due strati centrali e la linea di segnale di radiofrequenza è schermata con una messa a terra via nastro.

2.3 Cavo di alimentazione e cavo di massa

Il cablaggio nella progettazione PCB del circuito di radiofrequenza deve essere particolarmente enfatizzato è il corretto cablaggio della linea di alimentazione e della linea di terra. La scelta ragionevole dell'alimentazione elettrica e del cavo di terra è una garanzia importante per il funzionamento affidabile dello strumento. Molte fonti di interferenza sulla scheda PCB del circuito di radiofrequenza sono generate dall'alimentazione elettrica e dal cavo di terra e l'interferenza acustica causata dal cavo di terra è la più grande. Secondo le dimensioni della corrente della scheda PCB, la linea di alimentazione e la linea di terra dovrebbero essere progettati il più spessa e corta possibile per ridurre la resistenza del ciclo. Allo stesso tempo, rendere la direzione della linea elettrica e della linea di terra coerente con la direzione della trasmissione dei dati, che aiuta a migliorare la capacità anti-rumore. Quando le condizioni lo consentono, prova a utilizzare schede multistrato, schede a quattro strati sono 20 dB più basse delle schede a due lati e schede a sei strati sono 10 dB più basse delle schede a quattro strati.

Nella scheda PCB a quattro strati progettata in questo articolo, sia gli strati superiori che quelli inferiori sono progettati come strati di messa a terra. In questo modo, non importa quale strato dello strato medio è lo strato di potenza, la relazione fisica tra lo strato di potenza e lo strato di terra è vicina l'una all'altra, formando un grande condensatore di disaccoppiamento, riducendo l'interferenza causata dal filo di terra.

Una grande area di rame viene utilizzata per lo strato di terra. La pavimentazione in rame di grande area ha principalmente le seguenti funzioni:

(1) EMC. Per la terra di grande area o l'alimentazione di rame, giocherà un ruolo di schermatura.

(2) Requisiti del processo PCB. Generalmente, al fine di garantire che l'effetto della galvanizzazione o la laminazione non sia deformata, il rame viene posato sugli strati del PCB con meno cablaggio.

(3) L'integrità del segnale è richiesta per fornire un percorso di ritorno completo per i segnali digitali ad alta frequenza e ridurre il cablaggio della rete CC.

(4) dissipazione di calore, placcatura di rame è richiesta per l'installazione di dispositivi speciali, ecc.

3 Conclusione

Il sistema bus VXI è un sistema bus strumenti modulare completamente aperto nel mondo ed è adatto a più produttori. È l'ultimo sistema di bus strumenti nel mondo. Quanto sopra introduce principalmente lo sviluppo del modulo di commutazione a radiofrequenza basato sul bus VXI. Introdotto il design dell'interfaccia bus e la progettazione della scheda PCB della parte del circuito funzionale del modulo interruttore di radiofrequenza. L'interruttore di radiofrequenza è controllato dal bus VXI, che aumenta la flessibilità del funzionamento dell'interruttore ed è conveniente da usare.