電子設計 - PCB配線は携帯電話の音質を改善する

導入

携帯電話は究極の挑戦に直面してPCB配線 エンジニア. 現代の携帯電話は、ほとんどすべてのポータブルサブシステムを含みます, そして、各々のサブシステムは、矛盾している必要条件を持っています. 完全に設計されたPCBは、サブシステム間の相互干渉を避けながら、各相互接続されたデバイスの性能上の利点に完全なプレーを与えなければならない. したがって, 各サブシステムの性能は矛盾した要求のために妥協しなければならない. 携帯電話のオーディオ機能は増加し続けるが, ほとんど注意が払われていない PCBレイアウト オーディオ回路の.

コンポーネントレイアウト

任意のPCB設計の最初のステップはもちろん PCB配置 各部の. この工程を「配線考慮」と呼ぶ. 慎重なコンポーネントレイアウトは、信号相互接続を減らすことができます, 接地線分割, ノイズカップリング, そして、回路基板の面積を取る.

携帯電話はデジタル回路とアナログ回路を含んでいる。デジタルノイズが敏感なアナログ回路に干渉するのを防ぐために、それらは分離されなければならない。PCBをデジタルおよびアナログ領域に分割することは、そのような回路のレイアウトを改善するのに役立つ。

携帯電話のRF部は、通常、アナログ回路として扱われるが、多くの設計において注目される必要があるのは、RFノイズである。RFノイズがオーディオ回路との結合を防止し、復調後に可聴ノイズを発生させる必要がある。この問題を解決するためには、RF回路とオーディオ回路をできるだけ分離する必要がある。

PCBをアナログ、デジタル、RF領域に分割した後、アナログ部品のコンポーネントレイアウトを考慮する必要がある。コンポーネントのレイアウトは、オーディオ信号のパスを最短にする必要がありますし、オーディオアンプは、ヘッドフォンジャックとスピーカーのクラスDオーディオアンプとヘッドフォン信号の結合ノイズの最小化するために可能な限り近くに配置する必要があります。アナログオーディオ信号源は、入力結合ノイズを最小化するために、オーディオ増幅器の入力端に可能な限り近くなければならない。全ての入力リードは、RF信号用のアンテナであり、リード長を短くすることにより、対応する周波数帯のアンテナ放射効果を低減することができる。

接地

オーディオ回路のために、接地はオーディオシステムの性能要件を満たすことができるかどうかに重要である。不合理な接地は、より大きな信号歪み、高雑音、強い干渉、およびRF抑制能力を低減させる。PCB設計者がグラウンド・ワイヤ・レイアウトで多くの時間を投資するのは難しいです、しかし、慎重な地面ワイヤーレイアウトは多くの厄介な問題を避けることができます。

どんなシステムにも接地するために2つの重要な考慮事項があります：最初に、それは装置を通って流れる電流の戻り道です、そして、それはデジタルとアナログ回路の基準電位です。接地線の任意の点の電圧が同じであることを保証するのは簡単であるように思えるかもしれないが、実際には不可能である。全てのリードはインピーダンスを有し、接地線を流れる電流がある限り、対応する電圧降下が生じる。回路リードもまたインダクタンスを形成する。そして、それは電流がバッテリから負荷まで流れて、それからバッテリに戻ることを意味する。電流経路全体に一定のインダクタンスがある。より高い周波数で動作するとき、インダクタンスは接地インピーダンスを増加させる。

特定のシステムに最適な接地線レイアウトの設計は簡単ではない。ここでは、すべてのシステムに適用される一般的な規則です。

1 .デジタル回路の連続グランドプレーンの確立

接地面のディジタル電流は信号経路を通って戻り、ループの面積を最小にしてアンテナ効果及び寄生インダクタンスを減少させる。すべてのデジタル信号リードが対応する接地経路を有することを確実にする。この層は、できるだけ少ないブレークポイントと共に、デジタル信号リードと同じ領域をカバーしなければならない。ビアを含むグランドのブレークポイントは、グランド電流をより大きなループを通過させ、それによってより大きな放射線およびノイズを生成する。

（二）地下防食の保証

デジタル回路およびアナログ回路の接地電流は、デジタル電流がアナログ回路に干渉するのを防ぐために絶縁されていなければならない。この目標を達成するためには、部品を正しく配置する必要がある。アナログ回路がPCBの1つの領域に配置され、デジタル回路が別の領域に配置される場合、接地電流は自然に分離される。アナログ回路のために独立したPCB層を有することは、最もよい。

アナログ回路はスター接地を採用

スター接地は、PCBの1点を共通接地点とし、接地点とする。携帯電話では、通常、バッテリ接地端子はスター接地点として使用される。グランドプレーンに流れる電流は自動的には消失しない。すべての接地電流がこの接地点に流れ込む。

オーディオ増幅器はかなりの量の電流を吸収し、それは回路そのものの基準グラウンドおよび他のシステムの基準グラウンドに影響を及ぼす。この問題を解決するために、ヘッドフォン・ジャックの増幅器およびグランド・ループの電源グラウンドをブリッジするために専用のリターン・ループを提供することが最善である。これらの専用ループはデジタルリターンラインを妨げることはないので、デジタルリターンラインを妨げることに留意されたい。

バイパスコンデンサの効果を最大化

ほとんどすべてのデバイスは、電源が供給することができない過渡電流を提供するためにバイパスコンデンサを必要とする。これらのコンデンサは、コンデンサとデバイスピンとの間の寄生インダクタンスを減少させるために、電源ピンにできるだけ近くに配置する必要がある。インダクタンスはバイパスコンデンサの効果を低減する。また、キャパシタの接地インピーダンスは低く、コンデンサの高周波インピーダンスを小さくする必要がある。コンデンサの接地ピンは、接続層に直接接続され、リード線を接地に通過しない。

グランド層としてすべての未使用PCB領域に銅を注ぐ

2枚の銅箔が近接しているとき、それらの間に小さな結合容量が形成される。信号線の近くに接地線を置き、信号線上の高周波ノイズを接地に短絡する。

結論として

よく設計されたPCBは時間がかかりチャレンジングな仕事である, しかし、投資は本当に価値がある. 良い PCBレイアウト システムノイズを減らすのを助ける, RF信号抑制の改善, 信号歪みを減らす. 良いPCB設計もEMI性能を改善し、より少ない遮蔽を必要とするかもしれない.

PCBが不合理であるならば、テスト段階の間、避けられたかもしれない問題があります。このとき対策を講じると遅すぎる場合があり、直面している問題を解決するのは難しい。それはより多くの時間と努力を必要とします、そして、時々追加のコンポーネントは加えられます。そして、それはシステムのコストと複雑さを増やします。