PCBブログ - 携帯電話PCBボードの信頼性設計法について

RF PCBボード デザインは、理論的な不確かさのためにしばしば「黒い芸術」と言われます, しかし、このビューは部分的にのみ. RFボードの設計には多くの規則があり、無視できるべき規則があります. しかし, 実際的設計, 本当に便利なテクニックは、これらの原理と法則を妥協する方法です. もちろん, 議論する価値がある多くの重要なRFデザイントピックがあります, インピーダンスとインピーダンス整合を含むこと, 絶縁層材料及び積層体, 波長と定在波, それで、これらは携帯電話のEMCとEMIに大きな影響を及ぼします.

1. 尽可能隔离高功率射频放大器（HPA）和低噪声放大器（LNA）。要するに, 低電力RF受信回路から離れた高電力RF送信回路. 携帯電話機能, 多くの部品, でも PCBボード スペースは小さい, 配線限界の設計プロセスを考慮して, デザインスキルのすべてのこれらの要件は比較的高い. この時点で, あなたは、交互に働くために、4～6つのPCB層を設計したいかもしれません, 同時に.高出力回路は、RFBuffer及び電圧制御発振器（VCO）を含むこともある。そこに穴がないPCB上の高電力エリアの少なくとも1つのフロアがあることを確認してください. もちろん, より多くの銅の皮. 高感度アナログ信号は、高速デジタル信号とRF信号からできるだけ遠くに保つべきである.

2. デザインゾーンを物理ゾーンと電気ゾーンに分けることができます. 物理的分割は主に部品配置を含む, 方向性と遮蔽, etc. 電気分配は、配電のためにパーティションに分解され続けられることができます, RF配線, 高感度回路と信号, 接地.
2.1物理的分割について議論する. コンポーネントのレイアウトは、RFデザインを実装するためのキーです. 効果的なテクニックは、RF経路上の構成要素を最初に固定し、それらを指向して、RF経路の長さが、入力が出力から遠く離れており、高出力および低電力回路ができるだけ遠くに分離されるように低減されるようにすることである.回路基板をスタックするための効率的な方法は、主接地床（主グラウンド）を表面下の第2層に配置することである。可能な限り表面にRF線で. RF経路におけるスルーホールのサイズを小さくすることは、経路インダクタンスを減少させるばかりでなく, しかし、また、メイングラウンド上の仮想はんだ接合および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. 物理空間内, 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, しかし、ディペンクサ, ミキサー, アンプなら/ミキサーは常に複数のRFを持つ/信号が干渉するならば, したがって、この効果は慎重に.

2.2 RFとIFは可能な限り交差させるべきである, そして、彼らの間で可能な限り切り離されて. 正しいRFパスは、PCB全体の性能に非常に重要である, コンポーネントのレイアウトは、通常、モバイルPCBの設計ではほとんどの時間を占めている理由です. 携帯電話のPCBデザイン, 通常、低雑音増幅器回路をPCBの一方の側と他方の側の高出力増幅器に配置することが可能である, そして、最終的に、それらをダイパ. 若干のトリックは、まっすぐなスルーホールがボードの一方の側からもう一方までRFエネルギーを転送しないことを確実とするのに必要です, そして、一般的なテクニックは、両側にブラインドホールを使用することです. RF干渉がないPCBの両側の領域にストレートスルーホールを配置することにより、ストレートスルーホールの悪影響を最小限に抑えることができる. 時々、それは多重回路ブロック間の十分な絶縁を確実にすることができない, その場合、RF領域内でRFエネルギーをシールドするために金属シールドを考慮しなければならない. 金属シールドは、地面に販売されなければならなくて、コンポーネントから妥当な距離に保たれなければなりません, したがって、貴重なPCBスペースを取り上げます. シールドカバーの整合性をできるだけ確保することは非常に重要である. 金属遮蔽カバーに入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ある, と PCBボード 配線層の下に地層がある. RF信号線は、金属シールドカバーの底部とギャップの配線層の小さな間隙から出ることができる, しかし、できるだけ多くのギャップの周り布を地面に, 異なる層上のグラウンドは、複数の孔36を介して接続され得る.

2.3適切で効果的なチップパワーデカップリングも非常に重要です. 集積線形回路を有する多くのRFチップは、電源ノイズに非常に敏感である, そして、一般に、各々のチップは、全ての電源ノイズがフィルタリングされることを確実とするために最高4つのコンデンサおよび絶縁誘導子を必要とする. 集積回路または増幅器は、しばしばオープンドレイン出力を有する, 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. 同じ原理がインダクタ端部での電源の分離に適用される. いくつかのチップは、より多くの電力を必要とする, したがって、キャパシタンスとインダクタンスの2セットまたは3セットを必要とすることができます, 並列インダクタンス, これは管状変圧器と相互誘導干渉信号を形成するので, したがって、それらの間の距離は、少なくとも1つのデバイスの高さに等しくなければならない, または相互インダクタンスに直角.

2.電気的なゾーニングの原則は、一般的に物理的なゾーニングと同じです, しかし、いくつかの他の要因が関与. 電話の一部は異なる電圧で動作し、バッテリ寿命を延長するためにソフトウェアによって制御される. それは、電話が複数の電源で動く必要があることを意味します, 分離のためのより多くの問題を引き起こす. 電源は通常コネクタから持ち込まれる, すぐに回路基板の外から来る任意のノイズをフィルタアウトする分離, そして、スイッチまたはレギュレータのセットを通して分配される. 携帯電話PCB上のほとんどの回路のDC電流はかなり小さい, したがって、配線幅は通常問題ではない, しかし, 高出力増幅器の電源に対してできるだけ広い電流を流す必要があり、伝送電圧降下を. 過大な損失を避ける, 複数の孔は、1つの層から別の層へ電流を伝達するために使用される. 加えて, 高電力増幅器の電力ピン端で十分に分離されない場合, 高パワーノイズは、ボード全体に放射され、問題のすべての種類をもたらす. 高出力増幅器の接地は重要であり、しばしば金属シールドの設計を必要とする. ほとんどの場合, RF出力がRF入力から遠ざかるようにすることも重要である. これは増幅器にも当てはまる, buffers, フィルタ. 悪い事件で, 増幅器とバッファは、その出力が右位相と振幅で入力にフィードバックされる場合、自励振動を発生させることができる. この場合は, それらは任意の温度及び電圧条件下で安定に動作することができる. 事実上, 彼らは不安定になることができ、RF信号にノイズと相互変調信号を追加することができます. RF信号線がフィルタの出力から入力に戻るならば, これはフィルタの帯域通過特性を著しく損なうことができる. 入出力の良好な分離を達成するために, フィールドは最初にフィルタの周りに置かなければならない, そして、フィールドはフィルタの下側の領域に置かなければなりません, そして、フィルタを囲む主な地面に接続します. また、可能な限りフィルタピンから遠くにフィルタを通過する必要のある信号線を配置するのもよい考えである.

2.5ノイズ増加を確実にするために, 以下の局面を考慮しなければならない, 制御ラインの予想される帯域幅範囲は、DC, そして、フィルタリングによってそのような広いバンドノイズを除去することはほとんど不可能である二番目, VCO制御線は、通常、周波数を制御するフィードバックループの一部である, そして、それは多くの場所でノイズを導入することができます, したがって、VCO制御線は、慎重に扱わなければなりません. RFフロアが堅実であることを確認してください、そして、すべての構成要素は主な床にしっかりと接続されて、雑音を引き起こすかもしれない他のワイヤーから切り離されます. 加えて, VCOの電源が十分に分離されることを保証するために, そのRF出力が比較的高いレベルである傾向があり、VCO出力信号が他の回路と容易に干渉することができるので、特別な注意をVCOに支払わなければならない. 事実上, VCOはしばしばRF領域の端部に配置される, そして時々金属シールドを必要とする.共振回路（送信機のための1つ、受信機のためのもう一方）はVCOに関連する。しかし、彼ら自身の特徴がある. 簡単に言えば, 共振回路は、VCO動作周波数を設定し、音声またはデータをRF信号に変調するのを助ける容量性ダイオードを有する並列共振回路である. 全てのVCO設計原理は共振回路にも適用される. 共振回路は一般に、多くの構成要素を含むので、ノイズに非常に敏感である, ボード上に広い分布面積を有し、通常高周波数で動作する. シグナルは、チップの隣接するピンに、通常配置される, しかし、これらのピンは、働くために比較的大きなインダクタおよびコンデンサと対になる必要がある, 次に、これらのインダクタおよびコンデンサが、近接して配置され、ノイズに敏感な制御ループに接続されることを必要とする. それをするのは簡単ではない.

3. 携帯電話の設計においては、以下のような観点に留意すべきである PCBボード
3.1 電源プロセスとGNDケーブル
配線があっても、全体 PCBボード 完成完了, しかし、電源と接地線による干渉はよく考えられない, 製品の性能は低下するだろう, そして時々、製品の成功率に影響を与えます. だから電気の配線, 接地線は真剣に扱われるべきである, 電気の騒音妨害, グラウンドワイヤプレイスは限界に陥る, 製品の品質を確保するために. 電子製品の設計に携わっているすべての技術者のために, 接地線と電力線との間のノイズの理由が発生することは明らかである. 現在, 縮小ノイズ抑圧は以下のように説明する。
(1)電源配線とグランド配線との間にデカップリングコンデンサを付加することは周知である。
(2)電源の幅を広げることができる限り、接地線は電力線より広い,関係： ground wire > power line > signal line, 通常、信号線幅は0です.2 ~ 0.3 mm, 幅は0に達する.05 ~ 0.07 mm, 電源ラインは1です.2 ~ 2.5 mm. The PCBボード デジタル回路の広い接地導体のループから構成することができる, それで, 使用のための地上ネットワーク（アナログ回路グラウンドはこのように使用することができません）。
(3)地面のための銅レイヤーの広い領域で、プリント板は地面に地面に接続されていません. または多層基板を作る, power supply, 接地線はそれぞれ層を占める.

3.2 ディジタル回路とアナログ回路の共通グラウンド処理
多くのPCBsはもはや単一の機能回路（デジタルまたはアナログ）ではありません。しかし、デジタルとアナログ回路の混合. したがって, 配線, 彼らの干渉を考慮する必要がある, 特に地上線上のノイズ干渉. デジタル回路は高周波であり、アナログ回路は感度が高い. 信号線用, 高周波信号線は、できるだけ敏感なアナログ回路装置から遠く離れていなければならない. 地上線用,PCBボード 外側の世界に1つのノードしか持たない, だから、デジタルとアナログの共通グラウンドの問題は PCBボード. そして、デジタルグラウンドの中のボードで、そして、アナログ地面は実際に互いから分離しています, のみ PCBボード と外部接続インターフェイス（プラグインなど）。デジタルグラウンドとアナロググランドの間には短い接続がある. つの接続点だけがあることに注意してください. そこにも珍しい PCBボード, システム設計に依存する.

3.3 信号ケーブルは電気(接地)層に敷設される
多層PCB配線では、シグナルライン層に残されたラインがないので, そして、層を追加する廃棄物の原因は、仕事の特定の量の生産を増加させる, それに応じてコストも増加した, この矛盾を解決するために,電気（接地）層の配線を考慮することができます。まずパワーゾーンを考慮すべきである, と形成第二. それが形成の完全性を保つので.

3.4 大面積導体における脚の連結処理
大面積接地（電気）では、共通の部品の足はそれらに接続されます. 連結脚の処理を総合的に考慮する必要がある. 電気的性能に関して, コンポーネントレッグのパッドは、完全に銅の表面と接続される, しかし、部品の溶接アセンブリにいくつかの隠れた危険性があります,1）溶接は高出力ヒータを必要とする。2）仮想はんだ接合の容易な原因。したがって, 電気的性能とプロセスニーズを考慮に入れる, クロス溶接パッド, ヒートシールドという, 一般的に熱として知られる, 溶接部の過剰放熱による仮想溶接スポットの可能性を大幅に低減する,そして、多層基板の電気接続（接地）層脚部は同じである。

3.5 ケーブル接続におけるネットワークシステムの役割
CADシステムで、配線はネットワークシステムによって決定される. グリッドは密すぎる, 経路が増える, しかし、ステップは小さすぎます, グラフフィールドのデータ量が大きすぎます, 機器の収納スペースには、必然的に高い要求がある, しかし、コンピュータ電子製品のコンピューティング速度に大きな影響を与えます. いくつかのパスが無効です, 部品足のパッドによって占められる、または穴を取り付けることによって, 設定穴, etc. あまりにも疎なグリッドとあまりにも少ないパスの分布率に大きな影響を与える. したがって, 配線を支えるために合理的にグリッドシステムが必要である. 標準コンポーネントの脚は0です.1 inch (2.54mm) アパート, グリッドシステムのベースは通常0です.1 inch (2.54mm) または整数未満の整数倍 0.1 inch (eg. 0.05インチ, 0.025インチ, 0.02インチ, etc.).

4. HFの技術と方法 PCBボード デザイン:
4.1 送電線コーナーは、リターン損失を減少させるために、
4.絶縁性の絶縁回路基板は、レベルに応じて厳密に制御される絶縁定数値を使用しなければならない. この方法は、絶縁材料と隣接配線との間の電磁場の効果的な管理に有益である.
4.3 PCBボード 高精度エッチングの設計仕様を改善すべきである. の全線幅エラーを指定する+/- 0.0007インチ, 配線形状のアンダーカットと断面の管理と配線側壁めっき条件の指定.配線（ワイヤー）形状とコーティング表面の全体的な管理は、マイクロ波周波数に関連する表皮効果に対処し、これらの仕様を実施するために重要である。
4.4タップインダクタンス, リードコンポーネントの使用を避ける. 高周波環境, 表面実装部品の使用.
4.5信号スルーホール用, このプロセスが貫通孔にリードインダクタンスを引き起こすことがあるので、敏感なプレート上のPthの使用は避けるべきである.
4.6豊富な地層を提供する必要があります. 成形された穴は、回路基板に影響を及ぼすことから3 D電磁場を防ぐためにこれらの接地レイヤーを接続するために用いる.
4.7非電解ニッケルめっきまたは浸漬金めっきプロセスを選択する, HASL法をめっきに使用しない. この電気メッキされた表面は、高周波電流のためのより良い表皮効果を提供する。加えて, この非常に溶接可能なコーティングは、より少ないリードを必要とする, 環境汚染低減の支援。
4.8ハンダ抵抗層は、はんだペーストが流れるのを防ぐことができる. しかし, 厚さと未知の絶縁性能の不確実性のため, はんだ抵抗材料を用いてプレート全体を覆うことはマイクロストリップ設計における電磁エネルギーの大きな変化につながる. 一般に, 半田ダムをはんだ抵抗層として用いる. の電磁場. この場合は, マイクロストリップから同軸ケーブルへの変換を管理する. 同軸ケーブル, グランド層は、リングで、そして、均一に間隔をおいてインターレースされる. マイクロベルトで, 接地層は活性線の下にある. これは、理解される必要がある特定のエッジ効果を紹介します, 予測, 設計時に考慮される. もちろん, このミスマッチはまた、バックロスにつながるし、ノイズや信号干渉を避けるために最小化する必要があります PCBボード.