정밀 PCB 제조, 고주파 PCB, 고속 PCB, 표준 PCB, 다중 계층 PCB 및 PCB 조립.
무선 주파수 (RF) PCB 보드 설계는 이론적 불확실성으로 인해 종종 "블랙 아트"로 묘사되지만, 이러한 견해는 부분적으로 정확할 뿐 아니라 많은 RF 보드 설계 지침을 따르거나 무시해서는 안됩니다.그러나 실제 설계와 관련될 때 진정한 비결은 각종 설계 제한으로 인해 이러한 준칙과 법률을 정확하게 실시할 수 없을 때 어떻게 타협하는가이다.물론 임피던스와 임피던스 일치, 절연재료와 층압판, 파장과 주파를 포함한 많은 중요한 무선주파수설계주제가 토론할 가치가 있지만 본고는 무선주파수판의 차단설계와 관련된 여러가지 문제를 중점적으로 토론하게 된다.오늘날의 핸드폰 디자인은 여러 가지 방식으로 모든 것을 통합하였는데, 이는 무선 주파수판의 디자인에 불리하다.이 업계는 현재 경쟁이 매우 치열하여 모든 사람들이 다양한 기능을 규모와 비용에 결합하는 방법을 찾고 있다.아날로그, 디지털 및 RF 회로는 서로 밀접하게 패키징되어 있으며 각각의 문제 영역을 분리할 공간이 거의 없으며 비용 때문에 일반적으로 레이어의 수가 줄어듭니다.놀랍게도, 다목적 칩은 매우 작은 칩에 여러 가지 기능을 통합할 수 있으며, RF, IF, 아날로그 및 디지털 신호가 매우 긴밀할 정도로 외부 세계를 연결하는 핀이 긴밀하게 배열되어 있지만 일반적으로 전기적으로 관련이 없습니다.배전은 설계자에게 악몽이 될 수 있습니다. 회로의 다른 부분은 필요에 따라 시간을 공유하고 소프트웨어 제어 스위치를 통해 배터리 수명을 유지합니다.이것은 당신의 핸드폰에 5~6개의 작동 전원이 필요할 수 있다는 것을 의미한다.
무선 주파수 레이아웃 개념
무선 주파수 레이아웃을 설계할 때는 가능한 한 고출력 무선 주파수 증폭기 (HPA) 와 저소음 증폭기 (LNA) 를 분리하고, 간단히 말해서 고출력 무선 주파수 송신 회로를 저출력 무선 주파수 수신 회로에서 멀리 유지하는 몇 가지 일반적인 원칙을 우선적으로 고려해야 한다.PCB에 물리적 공간이 많다면 쉽게 할 수 있지만 일반적으로 PCB에 많은 구성 요소가 있고 공간이 작기 때문에 불가능합니다.PCB 보드의 양쪽에 놓거나 동시에 작동하지 않고 번갈아 작동하게 할 수 있습니다.고출력 회로에는 RF 버퍼 및 압력 제어 발진기 (VCO) 도 포함될 수 있습니다.구멍이 뚫리지 않은 PCB의 고출력 영역에 적어도 하나의 완전한 접지가 있는지 확인합니다.물론 구리는 많을수록 좋다.나중에 필요에 따라 이 설계 원칙을 깨는 방법과 이로 인해 발생하는 문제를 피하는 방법에 대해 토론할 것입니다. 칩과 전원 분리도 매우 중요하며, 나중에 이 원칙을 실현하는 몇 가지 방법에 대해 토론할 것입니다.RF 출력은 일반적으로 RF 입력에서 멀리 떨어져 있어야 합니다. 나중에 자세히 살펴보겠습니다.민감한 아날로그 신호는 가능한 한 고속 디지털 및 RF 신호에서 멀리 떨어져 있어야 합니다.
파티셔닝은 어떻게 합니까?
설계 파티션은 물리적 파티션과 전기 파티션으로 나눌 수 있습니다.물리적 파티션은 주로 어셈블리 배치, 방향 및 차폐 등과 관련됩니다.전기 파티션은 배전, RF 흔적, 민감한 회로 및 신호 및 접지를 위한 파티션으로 계속 분해 될 수 있습니다.먼저 물리적 파티셔닝 문제를 논의합니다.컴포넌트 배치는 무선 주파수 설계의 핵심입니다.효과적인 기술은 먼저 RF 경로에 있는 구성 요소를 고정하고 RF 경로의 길이를 최소화하여 입력이 출력에서 멀리 떨어지도록 방향을 조정하고 가능한 한 구성 요소를 분리하는 것입니다.전력 회로와 저전력 회로.효과적인 플레이트 스태킹 방법은 주 접지 평면 (주접지) 을 표면 층 아래의 두 번째 층에 배치하고 가능한 한 많은 표면 층에서 RF 라인을 실행하는 것입니다.RF 경로의 오버홀 크기를 줄이면 경로 센싱이 감소할 뿐만 아니라 주 접지의 섀도우 용접점이 줄어들고 RF 에너지가 스택 내 다른 영역으로 누출될 기회가 줄어듭니다.물리적 공간에서 다중 레벨 증폭기와 같은 선형 회로는 일반적으로 여러 RF 영역을 서로 분리하기에 충분하지만 이중 장치, 믹서 및 IF 증폭기/믹서는 항상 여러 RF/IF를 가지고 있습니다. 신호는 서로 간섭하므로 이러한 영향을 최소화하기 위해 조심해야합니다.RF와 IF 흔적선은 가능한 한 교차해야 하며, 그들 사이에는 가능한 한 접지 공간이 남아 있어야 한다.정확한 무선 주파수 배선은 전체 PCB의 성능에 매우 중요합니다. 이것이 휴대 전화 PCB 설계에서 컴포넌트 배치가 일반적으로 대부분의 시간을 차지하는 이유입니다.휴대폰 PCB에서는 일반적으로 LNA 회로를 PCB의 한쪽에, 고출력 증폭기를 다른 쪽에 놓고, 마지막에는 장치 안테나의 듀플렉터를 통해 RF 측과 같은 위치의 베이스밴드 처리에 연결할 수 있다.직선 통과 구멍이 판의 한쪽에서 다른 쪽으로 무선 주파수 에너지를 이동하지 않도록 보장하는 몇 가지 기술이 필요하며, 일반적인 기술은 양쪽에서 블라인드 통과 구멍을 사용하는 것입니다.패스스루 구멍의 유해한 영향은 PCB 양쪽에 RF 간섭이 없는 영역에 패스스루 구멍을 배치하여 최소화할 수 있습니다.
때로는 여러 회로 블록 간의 충분한 격리를 보장하는 것이 불가능합니다. 이 경우 RF 영역의 RF 에너지를 차단하기 위해 금속 차폐를 고려해야 합니다. 그러나 금속 차폐도 문제가 있습니다. 예를 들어 자체 비용과 조립 비용이 매우 비쌉니다.모양이 불규칙한 금속 차폐는 제조 과정에서 고정밀도를 확보하기 어렵고, 직사각형 또는 사각형 금속 차폐는 부품의 배치를 제한한다;금속 차폐는 부품 교체와 고장 위치에 불리하다;금속 차폐는 바닥까지 용접되어야 하고 귀중한 PCB 보드 공간을 차지하기 위해 어셈블리와 적절한 거리를 유지해야 하기 때문입니다.가능한 한 차폐 커버의 완전성을 확보하는 것이 매우 중요하다.금속 차폐 덮개에 들어가는 디지털 신호선은 가능한 한 안쪽으로 가야 하며, 배선층 아래의 PCB 판은 접지층이다.RF 신호선은 금속 차폐 하단의 작은 클리어런스와 접지 클리어런스의 경로설정 레이어에서 끌어낼 수 있지만 가능한 한 많은 접지를 클리어런스 주위에 분포해야 하며 다른 레이어의 접지는 여러 개의 오버홀을 통해 연결될 수 있습니다.상술한 문제에도 불구하고 금속 차폐는 매우 효과적이며 일반적으로 핵심 회로를 격리하는 해결책입니다.또한 칩 전원의 정확하고 효과적인 결합 제거도 매우 중요하다.내장형 선형 회선이 있는 많은 RF 칩은 전원 소음에 매우 민감하며, 일반적으로 각 칩은 모든 전원 소음이 필터링되도록 하기 위해 최대 4개의 콘덴서와 하나의 분리 센서가 필요합니다.)
콘덴서의 값은 일반적으로 자체 공명 주파수와 낮은 지시선 감지에 의해 결정되며 C4의 값도 그에 따라 선택됩니다.C3 및 C2의 값은 자체 핀 감지로 인해 상대적으로 크므로 RF 디커플링 효과는 작지만 저주파 노이즈 신호를 필터링하는 데 더 적합합니다.센서 L1은 RF 신호가 전원 코드에서 칩으로 결합되는 것을 방지합니다.기억해라: 모든 흔적선은 잠재적인 안테나로서 접수할수도 있고 무선주파수신호를 발송할수도 있으며 또 감응무선주파수신호를 관건적인 배선과 격리시켜야 한다.이러한 디커플링 어셈블리의 물리적 위치도 일반적으로 중요합니다.이러한 중요한 구성 요소의 레이아웃 원칙은 C4는 가능한 한 IC 핀과 접지해야 하며, C3는 C4, C2는 C3, IC 핀은 C4에 접근해야 한다는 것이다.연결 경로는 가능한 한 짧아야 하며, 이러한 구성 요소 (특히 C4) 의 접지 끝은 일반적으로 다음 접지 평면을 통해 칩의 접지 핀에 연결되어야 합니다.어셈블리를 접지층의 오버홀에 연결하려면 PCB의 어셈블리 용접 디스크에 가능한 가까이 있어야 합니다.용접판의 블라인드 구멍은 연결선의 감전을 낮추는 데 사용되며, 감응은 C1에 가깝다.집적 회로 또는 증폭기는 일반적으로 오프닝 출력을 가지고 있기 때문에 고임피던스 RF 부하 및 저임피던스 DC 소스를 제공하기 위해 인라인 센서가 필요합니다.같은 원리는 이 센서 측면의 전원 분리에도 적용된다.일부 칩은 작동할 수 있도록 여러 개의 전원이 필요하기 때문에 각각 결합을 해제하기 위해 2~3개의 콘덴서와 센서가 필요할 수 있습니다. 만약 칩 주위에 충분한 공간이 없다면 이것은 약간의 번거로움을 초래할 수 있습니다.인덕터는 공심 변압기를 형성하고 간섭 신호를 감지하기 때문에 적어도 한 장치의 높이만큼 멀리 떨어져 있거나 직각으로 분리되어 상호 감응을 줄여야 한다는 것을 기억하십시오.
전기 파티션의 원리는 일반적으로 물리적 파티션과 동일하지만 다른 요소도 포함됩니다.현대 휴대폰의 일부 부품은 서로 다른 전압에서 작동하며 소프트웨어에 의해 제어되어 배터리 수명을 연장합니다.이것은 휴대폰이 여러 개의 전원을 실행해야 한다는 것을 의미하며, 이로 인해 더 많은 격리 문제가 발생한다.전원 공급 장치는 일반적으로 커넥터에 도입되며 일련의 스위치 또는 전압 조절기를 통해 할당되기 전에 즉시 분리되어 보드 외부의 소음을 필터링합니다.휴대폰의 대다수 회로에는 상당히 작은 직류 전류가 있기 때문에 흔적선의 폭은 일반적으로 문제가 되지 않지만, 반드시 고출력 증폭기의 전원을 위해 가능한 한 넓은 단독 고전류 흔적선을 운행하여 전송 전압의 강하를 최대한 줄여야 한다.과도한 전류 손실을 피하기 위해서는 한 층에서 다른 층으로 전류를 전달하기 위해 여러 개의 구멍이 필요하다.또한 고출력 증폭기가 전원 핀에서 충분히 분리되지 않으면 고출력 노이즈가 전체 보드에 복사되어 다양한 문제를 일으킵니다.고출력 증폭기의 접지는 매우 중요하며, 일반적으로 금속 차폐가 필요하다.대부분의 경우 RF 출력이 RF 입력에서 멀리 떨어져 있는지 확인하는 것도 중요합니다.이것은 증폭기, 버퍼 및 필터에도 적용됩니다.최악의 경우 증폭기와 버퍼의 출력이 적당한 위상과 진폭으로 입력에 피드백되면 스스로 진동할 수 있다.어떤 상황에서도 온도와 전압 조건에서 안정적으로 작동합니다.사실, 그들은 불안정해지고 노이즈 및 상호 조정 신호를 RF 신호에 추가할 수 있습니다.
RF 신호선이 필터의 입력 포트에서 출력 포트로 돌아가야 하는 경우 필터의 대역 통과 특성이 크게 손상될 수 있습니다.입력과 출력 사이에 잘 격리되기 위해서는 먼저 필터 주위에 접지를 배치해야 하고, 둘째, 접지는 필터의 하부 영역에 배치되어 필터 주위의 주 접지에 연결되어야 한다.필터를 통과해야 하는 신호선을 가능한 한 필터 핀에서 멀어지게 하는 것도 좋은 생각이다.또한 판의 어느 곳에도 접지하지 않도록 매우 조심해야 한다. 그렇지 않으면 자신도 모르게 일어나고 싶지 않은 결합 통로를 도입할 수도 있다.그림 3은 이러한 접지 방법을 상세하게 설명한다.때로는 단일 또는 균형 잡힌 RF 신호선을 선택할 수 있으며 교차 간섭과 EMC/EMI에 관한 동일한 원리도 여기에 적용됩니다.라우팅이 올바르면 균형 잡힌 RF 신호선이 노이즈와 교차 간섭을 줄일 수 있지만 일반적으로 임피던스가 높으며 소스, 흔적 및 부하와 일치하는 임피던스를 얻기 위해 합리적인 선폭을 유지해야합니다.실제 경로설정은 어려울 수 있습니다.버퍼는 같은 신호를 두 부분으로 나누고 다른 회로를 구동하는 데 사용할 수 있기 때문에 격리를 개선하는 데 사용될 수 있습니다. 특히 LO가 여러 개의 믹서를 구동하기 위해 버퍼가 필요할 수 있습니다.믹서가 무선 주파수에서 공통 모드 격리에 도달하면 제대로 작동하지 않습니다.버퍼는 서로 다른 주파수 아래의 임피던스 변화를 잘 격리시켜서 회로가 서로 방해하지 않는다.버퍼는 설계에서 매우 큰 도움이 된다. 그들은 구동이 필요한 회로 뒤에 놓을 수 있다. 이렇게 하면 고출력 출력 흔적선이 매우 짧다. 버퍼의 입력 신호 레벨이 상대적으로 낮기 때문에 그들은 판의 다른 회로의 영향을 쉽게 받지 않는다.회로가 방해를 일으키다.또한 매우 민감한 신호 및 제어 회선은 특히 주의해야 하지만 이 문서의 범위를 벗어났기 때문에 여기서 간략한 토론만 하고 더 이상 상세하게 설명하지 않습니다.
압력 제어 발진기 (VCO) 는 변화하는 전압을 변화하는 주파수로 변환합니다. 이것은 고속 채널 전환에 사용되는 기능이지만 제어 전압의 작은 소음을 작은 주파수 변화로 변환하여 RF 신호가 소음을 증가시킵니다.일반적으로 이 후에는 더 이상 RF 출력 신호에서 노이즈를 제거할 수 없습니다.그렇다면 어려움은 어디에 있을까?첫째, 제어선의 기대 대역폭은 DC에서 2MHz 범위에 있을 수 있으며 이러한 넓은 대역에서 노이즈를 제거하기 위해 필터링하는 것은 거의 불가능합니다.둘째, VCO 제어선은 일반적으로 주파수를 제어하는 피드백 회로의 일부이며, 이는 많은 경우 노이즈가 발생하기 때문에 VCO 제어선을 매우 조심스럽게 처리해야 합니다.RF 흔적 선 아래의 접지가 견고하고 모든 구성 요소가 주 접지에 단단히 연결되어 있으며 노이즈를 도입 할 수있는 다른 흔적 선과 분리되어 있는지 확인합니다.또한 VCO의 RF 출력이 상대적으로 높은 레벨에 있는 경우가 많기 때문에 VCO의 전원 공급 장치가 충분히 분리되어 있는지 확인하십시오. VCO의 출력 신호는 다른 회로를 방해하기 쉽기 때문에 VCO에 특히 주의해야 합니다.사실 VCO는 일반적으로 RF 영역의 끝에 배치되며 때로는 금속 차폐가 필요합니다.
공명 회로 (하나는 송신기, 다른 하나는 수신기) 는 VCO 와 관련이 있지만 자체 특성도 있습니다.간단히 말해서, 공명 회로는 VCO의 작동 주파수를 설정하고 음성 또는 데이터를 RF 신호로 변조하는 데 도움이 되는 커패시터 다이오드가 있는 병렬 공명 회로입니다.모든 VCO 설계 원칙은 공명 회로에도 적용됩니다.공명 회로는 일반적으로 구성 요소 수가 상당하고 보드에 널리 분포되어 있으며 일반적으로 매우 높은 RF 주파수에서 작동하기 때문에 노이즈에 매우 민감합니다.신호는 일반적으로 칩의 인접 핀에 배치되지만, 이러한 신호 핀은 상대적으로 큰 센서 및 콘덴서와 함께 작동해야 하며, 이는 반대로 이러한 센서가 콘덴서와 긴밀하게 배치되고 노이즈 민감 제어 회로를 연결해야 합니다.그렇게 하기란 쉽지 않다.자동 이득 제어 (AGC) 증폭기도 문제가 발생하기 쉬운 곳이며 송신 및 수신 회로에 AGC 증폭기가 있습니다.AGC 증폭기는 일반적으로 노이즈를 필터링하는 데 효과적이지만 신호 송신 및 수신 강도의 빠른 변화를 처리하는 셀룰러 전화의 능력은 AGC 회로에 상당한 대역폭을 요구합니다. 이로 인해 일부 핵심 회로의 AGC 증폭기는 노이즈를 쉽게 도입할 수 있습니다.AGC 회선을 설계할 때 반드시 좋은 아날로그 회로 설계 기술을 따라야 한다. 이것은 매우 짧은 연산 증폭기 입력 핀과 매우 짧은 피드백 경로와 관련이 있다. 이 두 가지는 모두 RF, IF 또는 고속 디지털 신호 흔적선에서 멀리 떨어져 있어야 한다.이밖에 량호한 접지는 반드시 적어서는 안되며 칩의 전원은 반드시 잘 결합되여야 한다.만약 당신이 반드시 입력이나 출력단에 긴 전선을 연결해야 한다면, 그것은 출력단에 있으며, 보통 저항이 훨씬 낮고, 전기 감지 소음도 잘 발생하지 않는다.일반적으로 신호 레벨이 높을수록 소음을 다른 회로로 끌어들이기 쉽습니다.모든 PCB 설계에서 디지털 회로를 가능한 한 아날로그 회로에서 멀어지게 하는 것은 일반적인 원칙이며 이는 RF PCB 설계에도 적용됩니다.흔히 볼 수 있는 아날로그 접지는 일반적으로 신호선을 차단하고 격리하는 데 사용되는 접지만큼 중요한데, 문제는 선견지명과 세밀한 계획이 없다면 매번 이 방면에서 거의 할 수 없다는 것이다.따라서 설계 초기 단계에서는 의도하지 않은 설계 변경으로 인해 거의 완성된 설계를 재구성해야 할 수 있으므로 세부적인 계획, 세심한 어셈블리 배치 및 철저한 배치 평가가 중요합니다.어쨌든, 이런 소홀함의 심각한 결과는 당신의 개인 직업 발전에 있어서 좋은 일이 아니다.또한 RF 회선을 아날로그 회선과 일부 매우 중요한 디지털 신호에서 멀리하십시오.모든 RF 이력, 용접 디스크 및 어셈블리는 가능한 한 접지 구리를 채우고 가능한 한 주 접지에 연결해야 합니다.빵판과 같은 마이크로 오버홀 빌드 플레이트는 무선 주파수 회로 개발 단계에서 유용합니다. 빌드 플레이트를 선택하면 원하는 오버홀 수를 무료로 사용할 수 있습니다. 그렇지 않으면 일반 PCB에 구멍을 뚫으면 개발 비용이 증가하고 대규모 생산 시 비용이 증가합니다.
만약 RF 흔적선이 신호선을 통과해야 한다면 그들 사이의 RF 흔적선을 따라 주접지의 접지에 한 층 연결해 보세요.가능하지 않으면 접합을 최소화하기 위해 교차하고 각 RF 흔적 선 주위에 가능한 한 많은 접지를 한 다음 주 접지에 연결하십시오.또한 평행 RF 흔적선 사이의 거리를 줄이면 감각 결합을 줄일 수 있습니다.속이 꽉 찬 단일 접지층이 표층 아래에 직접 놓여 있어 격리 효과가 있다. 설계가 좀 더 꼼꼼하지만 다른 방법도 가능하다.나는 접지 평면을 몇 조각으로 나누어 아날로그, 디지털 및 RF 회선을 격리하려고 시도했지만, 나는 결과에 만족한 적이 없다. 왜냐하면 항상 일부 고속 신호선이 이러한 별도의 접지를 통과하기 때문이다. 이것은 좋은 일이 아니다.PCB 보드의 각 층에 가능한 한 많은 접지를 깔고 주 접지에 연결합니다.내부 신호와 배전층의 용접판 수를 늘리고, 구멍을 통해 표면의 분리 용접판에 접지를 연결할 수 있도록 흔적선을 가능한 한 가까이 배치합니다.소형 안테나처럼 노이즈를 픽업하거나 주입할 수 있기 때문에 PCB 보드의 각 층의 자유로운 접지를 피해야 합니다.
