PCBニュース - RF回路基板

デザイン RF回路基板 and Knowhow

Successful RF PCB設計 すべてのデザインプロセスの各ステップと詳細に慎重に注意を払う必要があります, それは、デザインの初めに徹底的で慎重な計画を実行しなければならないことを意味します, そして、各設計ステップの進捗を総合的かつ継続的に評価しなければならない. この細心の設計スキルは、ほとんどの国内の電子企業の文化の欠如.

近年、Bluetoothデバイス、無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）デバイスと携帯電話の需要と成長のために、オペレーターはRF回路設計の技術にますます注意を払います。過去から現在まで、電磁干渉（EMI）のようなRF回路基板設計は、常に、悪夢でさえ、エンジニアがコントロールする最も難しい部分でした。あなたが一度にうまく設計したいならば、あなたは慎重に計画しなければならなくて、仕事にあらかじめ詳細に注意を払わなければなりません。

無線周波数（RF）回路基板の設計は、理論上、多くの不確かさがあるため、しばしば「ブラック・アート」として記述される。しかし、これは部分的にカバレッジの観点だけです。RF回路基板設計においては、引き続き多くのルールがある。しかし、実際の設計では、実際の実用的なスキルは、さまざまな制限のために実装することができない場合、これらの法律を妥協する方法です。重要なRF設計トピックはインピーダンスとインピーダンス整合、絶縁層材料、積層材料、波長、高調波などである。

種類 マイクロビア

異なる特性を有する回路 プリント回路基板分離しなければなりません, しかし、彼らは電磁干渉なしで最高の状態の下で接続されなければなりません, これは、マイクロビアを使用する必要があります. 一般に, マイクロビアの直径は0である.0 mmまで0 mm.20 mm. これらのビアは一般に3つのカテゴリーに分けられる, ブラインドブラインド, 経由して経由する. 盲目の穴は、図1の上面および底面に位置する プリント回路基板 特定の深さ. それは、表面回路と下の内部回路の間の接続に使用されます. The depth of the hole usually does not exceed a certain ratio (aperture). 埋込み穴は、第1の内側の層に位置する接続孔を指す プリント回路基板, は、その表面には拡張されません プリント回路基板. 上記2つのタイプのホールは、回路基板100の内側層に位置する. 積層前の貫通孔形成工程により完成する. ビアの形成中にいくつかの内部層が重なってもよい. 三つ目は貫通穴, これは、回路基板全体を通過し、内部相互接続を実現するために、又は部品の接着位置決め孔として使用することができる.

ゾーニングテクニックの使用

RF回路基板を設計する場合、高出力RF増幅器（HPA）と低雑音増幅器（LNA）は、できるだけ孤立させなければならない。要するに、高電力RF送信回路は、低雑音受信回路から遠ざかる必要がある。PCBの上にスペースがたくさんあるならば、これは簡単にできます。しかし、多くのコンポーネントがある場合、PCBスペースは非常に小さくなるので、それは達成するのが難しいです。あなたはそれらをPCBの両側に置くことができます、あるいは、それらを同時によりむしろ交互に働かせてください。高電力回路はまた、RFバッファおよび電圧制御発振器（VCOS）を含むことができる。

設計ゾーニングは物理的分割と電気的分割に分けることができる。物理的なゾーニングは、主に部品、コンポーネントのレイアウト、方向性、シールドが含まれます電気帯化は、電力分配、RF配線、高感度回路及び信号、接地及びその他のゾーニングに分けられる。

エンティティパーティション

コンポーネント レイアウトは優れたRF設計の鍵である. 最も効果的な技術は、RF経路上で最初に部品を固定し、RF経路の長さを最小にするように配向を調整することである. RF出力からRF入力を遠ざける, そして、できるだけ遠くに高電力回路と低雑音回路から離れて.

最も効果的な回路基板スタック法は、主接地を表面層の下の第2の層に配置し、RF層をできるだけ表面層上に歩くことである。RF経路上のビアサイズを最小にすることは、経路インダクタンスを減少させるだけでなく、主接地上の偽のはんだ接合を低減することができ、また、ラミネート内の他の領域へのRFエネルギー漏れの可能性を低減することができる。

物理的空間では、多段増幅器のような線形回路は通常、複数のRF領域を互いに分離するのに十分であるが、デュプレクサ、ミキサおよびIF増幅器は、常に複数のRF／IF信号を互いに干渉しているので、この効果は慎重に最小化されなければならない。RF及びIF配線は、できるだけ横断し、接地面積をできるだけ遠くに分離しなければならない。正しいRFパスは、全体のPCBの性能にとって非常に重要である。そして、それはコンポーネントレイアウトが通常携帯電話PCBの設計の大部分の時間を取る理由である。

携帯電話で PCB, 通常、低雑音増幅器回路を1つの側に配置することが可能である PCB そして、反対側の高出力増幅器, そして、最終的に、それらをデュプレクサによって、RFアンテナの一端とベースバンドプロセッサの他端と同じ側に接続する. これは、RFエネルギーがビアを通して基板の一方の側から他方へ転送されないことを確実にするための何らかの技術を必要とする. 一般的な技術は、両側にブラインドホールを使用することです. ブラインドホールを両側の領域に配置することによって PCB RF干渉がない, ビアの悪影響を最小限に抑えることができる.

メタルシールド

時々, 複数の回路ブロック間で十分な分離を保つことは不可能である. この場合は, RF領域でRFエネルギーを遮蔽するために金属シールドを使用することが考えられなければならない, しかし、金属シールドも副作用があります, 高さのような PCB製造 cost and PCBアセンブリ cost.

不規則な金属シールドは製造の高精度を確実にするのが困難である。そして、長方形または四角い金属シールドは部品およびコンポーネントのレイアウトを制限する金属シールドは、コンポーネント置換および故障変位に助成されません金属シールドは地面に溶接されなければならず、適切な距離は部品から維持されなければならないので、貴重なPCBスペースを占有する必要がある。

金属シールドの完全性をできるだけ確保することは非常に重要です, それで、金属シールドに入っているデジタル信号線は、できるだけなるべく内側の層を通り抜けるべきです, そして、接地層として信号ライン層の次の層を設定するのがベストである. RF信号線は、金属シールドの底部の小さなギャップ及び接地ギャップの配線層からルーティングすることができる, しかし、ギャップの周囲は、できるだけ大きな接地面積に囲まれなければならない. 異なる信号層上の接地は、一緒に接続することができる マルチバイア s.

これらの欠点にもかかわらず、金属シールドは非常に効果的であり、しばしば臨界回路を分離する唯一の解決策である。

パワーデカップリング回路

さらに、適切で効果的なチップパワー分離回路もまた非常に重要である。線形線と一体化された多くのRFチップは、電源ノイズに非常に敏感である。通常、各チップは、すべての電源ノイズをフィルタアウトするために最大4個のコンデンサと絶縁インダクタを必要とする。

最小キャパシタンスは、通常、コンデンサ自体の共振周波数及びピンインダクタンスに依存し、それに応じてC 4の値が選択される。C 3とC 2の値は、それら自身のpinインダクタンスによって比較的大きいので、RFデカップリング効果はより悪いが、低周波数ノイズ信号のフィルタリングに適している。RFデカップリングはインダクタL 1によって完成され、RF信号は電力線からチップに結合されない。すべての配線はRF信号を受信し送信する可能性のあるアンテナであるので、RF信号をキーラインとコンポーネントから分離する必要がある。

これらの減結合成分の物理的位置はしばしば重要である。これらの重要な構成要素のレイアウト原理は、C 4がICピンの近くにあり、可能な限り接地されるべきであり、C 3はC 4に最も近い必要があり、C 2はC 3に最も近い必要があり、ICピンとC 4との間の接続経路はできるだけ短くなければならない。これらの部品（特にC 4）の接地端子は、通常、基板の下の第1の接地層を通じてチップ接地ピンに接続されるべきである。コンポーネントをグランドプレーンに接続するビアは、可能な限りPCB上のコンポーネントパッドに近いはずです。接続孔のインダクタンスを最小にするためにパッドに打ち抜かれたブラインドホールを使用し、インダクタンスL 1をC 1に近づけることがベストである。

安 集積回路 または増幅器は、しばしば開いたコレクタ出力を有する, したがって、プルアップインダクタは、高インピーダンスRF負荷および低インピーダンスDC電源を提供するために必要である. 同じ原理は、このインダクタの電源端を切り離すことにも当てはまる. いくつかのチップは仕事に複数の電源を必要とする, したがって、コンデンサおよびインダクタの2セットまたは3セットは、それぞれそれらを分離するために必要である. チップのまわりに十分なスペースがないならば, デカップリング効果は貧しいかもしれない.

特に、インダクタは、空気コア変圧器を形成し、干渉信号を相互に誘導するので、並列にはほとんど近接していないことに留意すべきである。したがって、それらの間の距離は、少なくとも一方の高さに等しくなければならず、相互インダクタンスを最小にするために直角に配置されるべきである。

電気帯

電気的なゾーニングは原則的に物理的なゾーニングと同じですが、それにもいくつかの他の要因が含まれます。現代の携帯電話のいくつかの部分は、異なる動作電圧を使用して、バッテリの寿命を延ばすためにソフトウェアによって制御されます。これは、携帯電話が複数の電源を必要とすることを意味します。電源は、通常、コネクタによって導入され、すぐに回路基板の外部から任意のノイズをフィルタアウトし、スイッチまたはリニアレギュレータのグループを通過した後に分配される。

携帯電話で, ほとんどの回路のDC電流はかなり小さい, したがって、ルーティング幅は通常問題ではない. しかし, a large current line as wide できるだけ must be designed separately for the power supply of high-power amplifier to minimize the transient voltage drop during transmission. 過大な電流損失を避けるために, マルチバイアつの層から別の層への電流を転送するために使用する必要があります. 加えて, それが高出力増幅器のパワーピンで完全に切り離されることができないならば, ハイパワーノイズは全体に放射する プリント回路基板 すべての種類の問題をもたらす. 高出力増幅器の接地は非常に重要である, そして、それのために金属シールドを設計することがしばしば必要です.