정밀 PCB 제조, 고주파 PCB, 고속 PCB, 표준 PCB, 다중 계층 PCB 및 PCB 조립.
요약: 이 문서에서는 휴대 전화 PCB 디자인에서 오디오 특성에 영향을 미치는 핵심 요소에 대해 설명합니다.이 글은 문제가 있는 휴대전화 PCB 디자인과 좋은 PCB 배치 방안을 제시했다.두 레이아웃의 비교는 오디오 성능을 향상시키는 디자인 고려를 강조합니다.
소개
휴대폰은 PCB 레이아웃 엔지니어가 직면한 궁극적인 도전이다.현대 셀룰러 전화에는 거의 모든 휴대용 하위 시스템이 포함되어 있으며 각 하위 시스템은 서로 충돌하는 요구 사항이 있습니다.설계가 완벽한 PCB는 서브시스템 간의 상호 간섭을 방지하면서 각 상호 연결 장치의 성능 이점을 최대한 활용해야 합니다.따라서 각 서브시스템의 성능은 충돌 요구 사항의 영향을 받아야 합니다.휴대전화의 오디오 기능이 계속 향상되고 있지만 오디오 회로의 PCB 배치는 거의 주목을 받지 못하고 있다.
어셈블리 레이아웃
모든 PCB 설계의 첫 번째 단계는 각 구성 요소의 PCB 위치를 선택하는 것입니다.이 단계를 "계획적 고려" 라고 합니다.자세한 컴포넌트 레이아웃은 신호 상호 연결, 지선 분할, 노이즈 결합을 줄이고 회로 기판의 면적을 차지합니다.
셀룰러 전화에는 디지털 회로와 아날로그 회로가 포함되어 있다.디지털 노이즈가 민감한 아날로그 회로를 방해하지 않도록 분리해야 합니다.PCB를 디지털 및 아날로그 영역으로 분할하면 이러한 회로의 레이아웃이 향상됩니다.
셀룰러 전화의 RF 부분은 일반적으로 아날로그 회로로 간주되지만 많은 설계에서 주의해야 할 일반적인 문제 중 하나는 RF 노이즈입니다.RF 노이즈가 오디오 회로에 결합되는 것을 방지하고 디버그 후 가청 노이즈가 발생하는 것을 방지할 필요가 있습니다.이 문제를 해결하기 위해서는 가능한 한 RF 회로와 오디오 회로를 분리할 필요가 있습니다.
PCB를 아날로그, 디지털 및 RF 영역으로 구분한 후에는 아날로그 부분의 구성 요소 레이아웃을 고려해야 합니다.구성 요소 레이아웃은 오디오 신호 경로를 가장 짧게 하고, 오디오 증폭기는 가능한 한 헤드폰 잭과 스피커에 가까워야 하며, 따라서 D 클래스 오디오 증폭기의 EMI 복사를 최소화하고, 헤드폰 신호의 결합 소음을 최소화해야 한다.아날로그 오디오 신호원은 가능한 한 오디오 증폭기의 입력단에 접근하여 입력 결합 소음을 최소화해야 한다.모든 입력 지시선은 RF 신호에 사용되는 안테나로, 지시선 길이를 줄이면 해당 주파수 대역의 안테나 복사 효과를 줄이는 데 도움이 됩니다.
어셈블리 레이아웃 예
그림 1은 부적절한 오디오 구성 요소 레이아웃을 보여 줍니다.더 심각한 문제는 오디오 증폭기가 오디오 신호원에서 너무 멀리 떨어져 있다는 것이다.지시선은 노이즈가 있는 디지털 회로와 스위치 회로를 통과하여 노이즈 결합의 기회를 증가시킵니다.긴 지시선도 무선 안테나의 효과를 향상시킵니다.휴대폰은 GSM 기술을 사용합니다.이 안테나는 GSM이 전송하는 신호를 수신하여 오디오 증폭기에 입력할 수 있습니다.거의 모든 앰프는 출력에서 노이즈를 발생시키기 위해 217Hz의 포락선을 어느 정도 조정할 수 있습니다.최악의 경우 노이즈가 오디오 신호를 완전히 덮을 수 있습니다.입력 지시선의 길이를 줄이면 오디오 증폭기에 결합하는 소음을 효과적으로 줄일 수 있습니다.
그림 1에 표시된 구성 요소 레이아웃에는 또 다른 문제가 있습니다. 연산 증폭기는 스피커와 헤드폰 콘센트에서 너무 멀리 떨어져 있습니다.오디오 증폭기가 클래스 D 증폭기를 사용하는 경우 긴 헤드폰 지시선이 증폭기의 EMI 방사선을 증가시킵니다.이 방사능으로 인해 장비가 현지 정부가 정한 테스트 기준을 충족하지 못할 수 있습니다.더 긴 헤드폰과 마이크 지시선도 지시선 임피던스를 증가시키고 부하로 얻을 수 있는 전력을 낮춘다.
마지막으로 어셈블리가 분산되어 있기 때문에 다른 서브시스템을 통해 어셈블리 간의 연결이 이루어져야 합니다.이는 오디오 부분의 케이블 연결 난이도를 증가시킬 뿐만 아니라 다른 서브시스템의 케이블 연결 난이도도 증가시킨다.
그림 1: 어셈블리 레이아웃이 올바르지 않습니다.
그림 2는 그림 1에서 동일한 어셈블리의 정렬을 보여줍니다.재배열된 컴포넌트는 공간을 효율적으로 사용하고 지시선 길이를 줄일 수 있습니다.모든 오디오 회로는 헤드폰 잭과 스피커 근처에 분포되어 있으며 오디오 입력 및 출력 지시선은 위의 솔루션보다 훨씬 짧으며 PCB의 다른 영역에 배치되지 않습니다.이러한 설계는 시스템 소음을 전반적으로 줄이고 무선 주파수 간섭을 줄이며 케이블 연결을 단순화합니다.
그림 2: 휴대폰의 합리적인 배치.
신호 통로
신호 경로가 오디오 출력 소음과 왜곡에 미치는 영향은 매우 제한적이며, 이는 성능을 보장하기 위한 절충책이 매우 제한적이라는 것을 의미한다.
스피커 앰프는 일반적으로 배터리로 직접 작동하며 상당한 전류가 필요합니다.만약 네가 가늘고 긴 전원 코드를 사용한다면 전원 문파가 증가할 것이다.짧은 지시선과 넓은 지시선에 비해 가늘고 긴 지시선은 더 높은 임피던스를 가지고 있으며 지시선 임피던스로 인한 전류 변화는 전압 변화로 전환되어 부품에 공급됩니다.성능 최적화를 위해 앰프 전원은 가능한 한 짧은 지시선을 사용해야 합니다.
가능한 한 많은 차분 신호를 사용해야 한다.차분 입력은 높은 소음 억제를 가지고 있어 차분 수신기가 양과 음 신호선의 공통 모드 소음을 억제할 수 있다.차동 증폭기의 이점을 최대한 활용하기 위해 경로설정할 때 차동 신호 쌍의 길이를 동일하게 유지하여 임피던스를 동일하게 하고 결합 노이즈를 동일하게 하기 위해 가능한 한 가까이 하는 것이 중요합니다.증폭기의 차등 입력은 시스템 디지털 회로의 소음을 억제하는 데 매우 효과적이다.
접지
오디오 회로의 경우, 접지는 오디오 시스템의 성능 요구 사항을 충족하는 데 매우 중요합니다.불합리한 접지는 더 큰 신호 왜곡, 높은 소음, 강한 간섭을 초래하고 무선 주파수 억제 능력을 떨어뜨린다.설계자는 지선 배치에 많은 시간을 투자하기 어렵지만, 자세한 지선 배치는 많은 어려운 문제를 피할 수 있다.
모든 시스템에서 접지에는 두 가지 중요한 고려 사항이 있습니다. 첫째, 그것은 장치를 통과하는 전류의 반환 경로이고, 둘째, 디지털 및 아날로그 회로의 참조 전세입니다.지선의 어떤 점의 전압도 동일하게 확보하는 것은 간단한 것 같지만 실제로는 불가능하다.모든 지시선은 저항이 있어 전류가 지선을 통과하기만 하면 상응하는 전압 강하가 발생한다.회로 지시선은 또한 전기 감각을 형성하는데, 이는 전류가 배터리에서 부하로 흘러간 다음 배터리로 돌아간다는 것을 의미한다.전체 전류 경로에 일정한 전감이 존재한다.높은 주파수에서 작업할 때 전기 감각은 접지 저항을 증가시킨다.
특정 시스템을 위한 최적의 접지선 레이아웃을 설계하는 것은 간단하지 않습니다.다음은 모든 시스템에 적용되는 일반 규칙입니다.
1. 디지털 회로를 위한 연속 접지 평면 생성
접지 평면의 디지털 전류는 신호 경로를 통해 반환되며 루프의 면적은 안테나 효과와 기생 전기 감각을 줄이기 위해 최소값을 유지해야합니다.모든 디지털 신호 지시선에 적절한 접지 경로가 있는지 확인합니다.레이어는 가능한 한 적은 브레이크가 있는 디지털 신호 지시선과 같은 영역을 덮어야 합니다.과공을 포함한 지상의 중단점은 지전류가 더 큰 회로를 흐르게 하여 더 큰 복사와 소음을 발생시킨다.
2.접지 전류 격리 보장
디지털 회로와 아날로그 회로의 접지 전류는 격리를 유지하여 디지털 전류가 아날로그 회로를 방해하는 것을 방지해야 한다.이 목표를 실현하기 위해서는 구성 요소를 정확하게 배치해야 한다.아날로그 회로가 PCB의 한 영역에 배치되고 디지털 회로가 다른 영역에 배치되면 접지 전류는 자연스럽게 격리됩니다.아날로그 회로에는 독립적인 PCB 계층이 있는 것이 좋습니다.
3. 아날로그 회로는 별 모양의 접지를 사용한다
성형접지는 PCB의 한 점을 공공접지점으로 간주하고 이 점만 접지전위로 간주한다.휴대 전화에서 배터리 접지 단자는 일반적으로 별 접지 장소로 사용됩니다.지면으로 유입되는 전류는 자동으로 사라지지 않습니다.모든 접지 전류가 이 접지로 유입될 것이다.
오디오 증폭기는 상당히 큰 전류를 흡수하기 때문에 회로 자체의 참고지와 기타 시스템의 참고지에 영향을 줄 것이다.이 문제를 해결하기 위해서는 브리지 증폭기의 전원 접지와 헤드폰 잭의 접지 회로를 위한 전용 회로를 제공하는 것이 좋다.이러한 전용 루프는 숫자 반환 전류를 방해하므로 디지털 신호선과 교차하지 않습니다.
4. 바이패스 콘덴서 역할 극대화
거의 모든 장치는 전원이 공급할 수 없는 순간적 전류를 공급하기 위해 바이패스 콘덴서가 필요하다.이 콘덴서는 가능한 한 전원 핀에 접근하여 콘덴서와 장치 핀 사이의 기생 전기 감각을 줄여야 한다.전기 감각은 바이패스 콘덴서의 영향을 줄일 것이다.그 밖에 콘덴서는 반드시 낮은 접지 저항을 가지고 있어야 콘덴서의 고주파 저항을 낮출 수 있다.콘덴서의 접지 핀은 연결층에 직접 연결되어야 하며 도선을 통해 접지하지 말아야 한다.
5. 사용하지 않는 모든 PCB 영역에 구리를 접지층으로 주입
두 개의 동박이 서로 가까워지면 그것들 사이에 작은 결합 용량이 형성된다.신호선에 접지선을 놓으면 신호선의 고주파 소음이 대지에 단락된다.
결론
잘 설계된 PCB는 시간이 많이 걸리고 도전적인 작업이지만 투자는 확실히 가치가 있다.좋은 PCB 레이아웃은 시스템 소음을 줄이고 RF 신호 억제를 개선하며 신호 왜곡을 줄이는 데 도움이됩니다.좋은 PCB 설계는 또한 EMI 성능을 향상시키고 더 적은 차폐가 필요할 수 있습니다.
PCB가 합리적이지 않으면 테스트 단계에서 피할 수 있었던 문제가 발생할 수 있습니다.이때 조치를 취하면 이미 늦었을 수도 있고 직면한 문제를 해결하기 어려울 수도 있다.더 많은 시간과 노력이 필요하며 때로는 추가 구성 요소를 추가하여 시스템의 비용과 복잡성을 증가시킵니다.
