PCB技術 - 無線周波数回路PCB設計について

回路性能を保証するために、無線周波回路のPCB設計においてEMCを考慮すべきであるため、EMCの目的を達成するために、部品の配線原理を検討した。

通信技術の発展に伴い、ハンドヘルド無線周波回路技術の応用はますます広くなり、例えば無線ポケベル、携帯電話、無線ハンドヘルドコンピュータなどである。無線周波回路の性能指標は直接製品全体の品質に影響する。これらのハンドヘルド製品の最大の特徴の1つは小型化であり、これはコンポーネントの密度が非常に高いことを意味し、これによりコンポーネント（SMD、SMC、ベアチップなどを含む）の相互干渉が非常に際立っている。電磁干渉信号の処理が適切でないと、回路システム全体が正常に動作しない可能性があります。そのため、どのように電磁干渉を防止し、抑制し、電磁互換性を高めるかは、無線周波回路PCB設計において非常に重要な課題となっている。同じ回路と異なるPCB設計構造の性能指標には大きな違いがある。今回の議論では、Protel 99 seソフトウェアを使用してハンドヘルド製品の無線周波数回路PCBを設計する際に、回路の性能指標を最大限に実現できれば、電磁互換性の要求を満たすことができる。

1無線周波数回路PCBボードの選択

無線周波数回路PCBの基板は、有機基板と無機基板とを含む。基板における最も重要な特性は誘電率である。散逸因子（または誘電損失）Tan島、熱膨張係数CET、および吸湿性である。ここで、Rは回路インピーダンスと信号伝送速度に影響する。高周波回路にとって、誘電率マージンは最も重要な考慮要素であり、誘電率公差の小さい基板を選択すべきである。

2無線周波数回路PCB設計フロー

Protel 99 seソフトウェアの使用はProtel 98などのソフトウェアとは異なるため、本文はまずProtel 99 seソフトウェアを使用してPCB設計を行う過程を簡単に紹介した。

1.Protel 99 seはプロジェクトデータベースモデル管理を採用しているため、Windows 99の下では暗黙的であるため、設計された回路原理図とPCBレイアウトを管理するためにまずデータベースファイルを構築しなければならない。

2.方案設計。ネットワーク接続を実現するためには、原理設計の過程で使用されるコンポーネントがコンポーネントライブラリに存在する必要があります。そうでなければ、必要なコンポーネントはschlibで作成され、ファイルに保存されます。

次に、必要なコンポーネントをコンポーネントライブラリから呼び出し、設計された回路図に基づいて接続するだけです。

3.回路図の設計が完了すると、PCB設計のためのネットワークテーブルを形成することができる。

4.PCB設計。a.PCBの形状とサイズの決定。PCBの形状とサイズは、製品におけるPCBの位置、空間の大きさと形状、および他のコンポーネントとの組み合わせに基づいて決定される。メカニカルレイヤーでは、配置軌跡コマンドを使用してPCBの形状を描画します。b.SMTの要求に基づいて、PCBに位置決め穴、照準鏡、参考点などを作成する。c.部品製造。コンポーネントライブラリで発生しない特殊なコンポーネントを使用する必要がある場合は、レイアウトの前にコンポーネントを作成する必要があります。Protel 99 seでコンポーネントを作成するプロセスは比較的簡単です。[設計]メニューの[ライブラリを作成]コマンドを選択してコンポーネント作成ウィンドウに入り、[ツール]メニューの[コンポーネントを新規作成]コマンドを選択してコンポーネント設計を行います。このとき、実際の構成部品の形状と寸法に基づいて、溶接パッドを配置するコマンドを使用して、最上位のどこかに対応する溶接パッドを描画し、それを必要な溶接パッド（溶接パッドの形状、寸法、内径寸法、角度を含む。また、溶接パッドの対応するピン名をマークする必要がある）に編集した後、軌道を配置するコマンドを使用して上部カバー層に構成部品の最大形状を描画し、構成部品名を取って構成部品ライブラリに格納します。d.部品の製造が完了したら、レイアウトと配線を行う。この2つのセクションについて詳細に説明します。e.上記の手順が完了した後に検査を行う必要があります。一方、それは回路原理の検査を含む。一方、それらの間のマッチングと組み立ての問題もチェックしなければなりません。回路原理は手動で検査することもできるし、ネットワークを通じて自動的に検査することもできる（原理図で形成されたネットワークはPCBで形成されたネットワークと比較することができる）。f.ファイルの照合に誤りがなければ、アーカイブ出力する。Protel 99 seでは、「file」オプションの「export」コマンドを使用して指定したパスとファイルにファイルを保存する必要があります（「import」コマンドはProtel 99 seにファイルを呼び出す）。注意：Protel 99 seの「file」オプションの「save copy as...」コマンドを実行すると、選択したファイル名はWindows 98に表示されないため、エクスプローラにファイルを表示できません。これは、Protel 98の「名前を付けて保存」機能とは全く同じではありません。

3無線周波数回路PCBコンポーネントのレイアウト

SMTは通常赤外炉熱流溶接を用いて素子の溶接を実現するため、素子の配置は溶接点の品質に影響し、ひいては製品の良品率に影響する。無線周波数回路のPCB設計に対して、電磁互換性は各回路モジュールができるだけ電磁放射を発生させず、一定の抗電磁干渉能力を持つことを要求する。そのため、素子のレイアウトは回路自体の干渉と耐干渉能力にも直接影響し、これは設計された回路の性能にも直接関係している。したがって、無線周波数回路のPCB設計では、通常のPCB設計のレイアウトに加えて、無線周波数回路の各部間の相互干渉をどのように減らすか、回路自体の他の回路への干渉をどのように減らすか、および回路自体の耐干渉能力を考慮する必要がある。経験上、無線周波数回路の効果は無線周波数回路基板自体の性能指標だけでなく、CPU処理ボードとの相互作用にも依存する。そのため、PCB設計では、合理的なレイアウトが特に重要になります。

無線周波数回路PCBレイアウトの一般原則：部品はできるだけ同じ方向に配列し、PCBが溶融スズシステムに入る方向を選択することによって、溶接不良を減少し、さらに回避する、経験上、部材間の距離は、部材の溶融スズ要件を満たすために少なくとも0.5 mmでなければならない。PCBボードのスペースが許可されている場合は、部品間の距離はできるだけ広くしてください。2つのパネルの場合、SMDとSMCコンポーネントは片側に設計され、離散コンポーネントは反対側に設計されている必要があります。

無線周波数回路のPCBレイアウトは以下の点に注意すべきである：

まず、他のPCBボードまたはシステムのインタフェースコンポーネントとPCBボード上の位置を決定し、インタフェースコンポーネント間の調整（コンポーネントの方向など）に注意します。

ハンドヘルド製品は体積が小さく、コンポーネントの配置もコンパクトであるため、体積の大きいコンポーネントを優先的に選択し、対応する位置を決定し、それらの間の協力を考慮しなければならない。

回路構造を注意深く分析し、回路（例えば高周波増幅回路、混合回路、復調回路）を封鎖し、できるだけ強電信号と弱電信号を分離し、デジタル信号回路とアナログ信号回路を分離する。同じ機能を果たした回路は、信号ループ面積を減らすためにできるだけ一定の範囲内に配置されなければならない。回路の各部のフィルタネットワークは近くに接続しなければならず、回路の耐干渉能力によって、放射線を減らすだけでなく、干渉の確率を下げることもできる。

セル回路は、使用中の電磁互換性に対する感度に基づいてグループ化される。回路内の干渉を受けやすい部分の要素については、データ処理ボード上のCPUなどの干渉源をできるだけ回避します。

4無線周波数回路PCB配線

コンポーネントのレイアウトがほぼ完了したら、配線を開始することができます。配線の基本原則は：組立密度が許容される場合、できるだけ低密度の配線設計を選択し、信号経路はできるだけ一致し、インピーダンス整合に有利である。

無線周波数回路にとって、信号線の方向、幅、線間隔の不合理な設計は信号伝送線間の交差干渉を引き起こす可能性がある、また、システム電源自体にもノイズ干渉があるため、無線周波回路PCBを設計する際には、総合的に考慮して合理的に配線しなければならない。

配線する場合、すべての配線はPCBボードの製造中に断線や断線の危険性がないように、PCBボードのフレーム（約2 mm）から離れている必要があります。電源ケーブルはできるだけ広くして、回路抵抗を下げる必要があります。同時に、電源線とアース線の方向はデータ伝送の方向と一致し、耐干渉能力を高めるべきである、信号線はできるだけ短くし、ビアの数はできるだけ少なくしなければならない。部品間の接続が短いほど良好であり、分布パラメータと相互電磁干渉が減少する。互換性のない信号線は互いに離れ、平行配線をできるだけ避け、正方向両側の信号線は互いに垂直でなければならない。配線する場合、直角にならないようにするには、直角のアドレス側を135°にする必要があります。

配線時、直接パッドに接続する配線は幅を広げすぎてはならず、配線はできるだけ未接続の部品から離れ、短絡を回避しなければならない。部品に穴を吹き付けてはならず、接続されていない部品からできるだけ離れ、生産中に虚溶接、連続溶接、短絡などの現象が発生しないようにしなければならない。

無線周波回路のPCB設計では、電源線とアース線の正確な配線が特に重要である。合理的な設計は電磁干渉を克服する最も重要な手段である。PCB上のかなりの干渉源は電源と地線を介して生成され、地線によるノイズ干渉が最も大きい。

アース線が電磁干渉を形成しやすい主な原因はアース線のインピーダンスである。地線に電流が流れると、地線に電圧が発生し、地線の回路電流と地線の回路干渉を引き起こす。複数の回路が接地線を共有すると、共通のインピーダンス結合が形成され、いわゆる接地線ノイズが発生する。したがって、無線周波数回路PCBのアース線を配線する際には、

まず、回路を複数のブロックに分割する。無線周波数回路は、基本的に高周波増幅、混合、復調、局部振動などの部分に分けることができる。異なる回路モジュール間で信号を伝送するために、各回路モジュールに共通電位基準点、すなわち各モジュール回路の接地線を提供する必要がある。そして、無線周波数回路PCBが接地線に接続されている箇所、つまり汎用接地線にまとめられている。参照点が1つしかないため、共通インピーダンス結合は存在しないため、相互干渉の問題はない。

デジタル領域はできるだけアナログ領域から分離し、デジタル接地はアナログ接地から分離し、最終的に電源接地に接続する必要があります。

回路各部内部の接地線も単点接地の原則に注意し、信号回路面積をできるだけ減らし、対応するフィルタ回路のアドレスに近く接続しなければならない。

空間が許可されている場合は、信号の相互結合の影響を防ぐために、接地線で各モジュールを分離することが望ましい。

5無線周波数回路PCBの結論

無線周波数回路PCBの設計の鍵は、いかにして放射能力を低下させ、干渉防止能力を高めるかである。合理的なレイアウトと配線は無線周波数回路PCB設計の保証である。本明細書に記載された方法は、無線周波数回路PCB設計の信頼性を高め、電磁干渉問題を解決し、さらに電磁互換性を達成するのに役立つ。