PCB 기술 - PCB 보드에 무선 및 디지털 회로를 설치하는 방법

PCB 보드에 무선 및 디지털 회로를 설치하는 방법

단편기 무선 주파수 장치는 일정 규모 내에서 무선 통신 분야의 응용을 크게 촉진시켰다.적합한 마이크로컨트롤러와 안테나를 선택하고 트랜시버 장치를 결합하면 완전한 무선 통신 링크를 형성할 수 있습니다.무선 디지털 오디오 및 디지털 비디오 데이터 전송 시스템, 무선 원격 제어 및 원격 측정 시스템, 무선 데이터 수집 시스템, 무선 네트워크와 같은 다양한 분야에서 사용할 수 있는 소형 회로 기판에 통합할 수 있습니다.그리고 무선 보안 시스템.

디지털 회로와 아날로그 회로 사이의 잠재적 대립

아날로그 회로 (RF) 와 디지털 회로 (마이크로컨트롤러) 가 독립적으로 작동 할 수 있다고 가정하지만 일단 같은 회로 기판에 둘 다 같은 전원을 사용하여 함께 작동하면 전체 시스템이 불안정 할 가능성이 높습니다.

이것은 주로 디지털 신호가 땅과 양전원 (3V) 사이에서 자주 흔들리고 주기가 매우 짧으며 일반적으로 ns 레벨에 있기 때문입니다.큰 폭과 작은 스위치 시간 때문에 이러한 디지털 신호는 스위치 주파수와 무관한 많은 고주파 분량을 포함한다.

아날로그 섹션에서 안테나 튜닝 루프에서 무선 장치로 전송되는 수신 섹션의 신호는 일반적으로 1 ° V 미만입니다.따라서 디지털 신호와 RF 신호 사이의 차이는 10-6 (120dB) 에 달할 것입니다.

분명히 디지털 신호와 무선 주파수 신호가 잘 구분되지 않는다고 가정하면 미약한 무선 주파수 신호가 손상될 수 있습니다.그 결과 무선 장치의 작동 기능이 악화되어 아예 작동할 수 없게 된다.

동일한 PCB에서 무선 및 디지털 회로의 일반적인 문제

유원 선로와 소음 신호 선로를 충분히 차단하지 못하는 것은 흔히 볼 수 있는 문제이다.위에서 설명한 바와 같이 디지털 신호는 고진동을 가지며 많은 고주파 고조파를 포함한다.

소스 아날로그 신호가 PCB 보드의 디지털 신호 경로에 가깝다고 가정하면 이전에 고주파 고조파가 결합될 수 있습니다.

RF 장치의 가장 활발한 노드는 일반적으로 잠금 고리 (PLL) 의 루프 필터 회로, 외부 압력 제어 발진기 (VCO) 센서, 트랜지스터 참조 신호 및 안테나 단자입니다.회로의 이러한 부품은 특히 조심해서 처리해야 한다.

(1) 전원 노이즈

입력 / 출력 신호에 몇 볼트의 진동이 있기 때문에 디지털 회로는 일반적으로 50mV 미만의 전원 소음을 용인할 수 있습니다.아날로그 회로와 동시에 전원 소음, 특히 스파이크 전압 및 기타 고주파 고조파에 적용됩니다.

따라서 RF(또는 기타 아날로그) 회로가 포함된 PCB 보드의 전원 케이블은 일반 디지털 보드의 케이블보다 더 조심스럽게 연결되어야 하며 자동 케이블링을 방지해야 합니다.

또한 마이크로컨트롤러 (또는 기타 디지털 회로) 가 짧은 시간 내에 각 내부 클럭 주기의 대부분의 전류를 갑자기 흡수한다는 점도 주의해야 한다.현대 마이크로컨트롤러가 CMOS 공정 계획을 사용하기 때문이다.

따라서 마이크로컨트롤러가 내부 클럭 주파수 1MHz로 작동한다고 가정하면 이 주파수의 전원에서 전류(펄스)를 흡수한다.적절한 전원 공급 장치 분리를 수행하지 않으면 전원 코드에 전압 장애가 발생할 수밖에 없습니다.

이러한 전압 스퍼트가 회로 RF 부분의 전원 핀에 도달한다고 가정하면 작동이 크게 실패할 수 있습니다.따라서 아날로그 전원 코드가 디지털 회로 영역에서 분리되도록 할 필요가 있습니다.

(2) 접지선이 불합리하다

무선 주파수 보드에는 항상 전원 음극에 연결된 접지 평면이 있어야 합니다.잘못 처리하면 이상한 현상이 나타날 수 있다.

디지털 회로 계획기의 경우 접지 평면이 없더라도 대부분의 디지털 회로 기능이 뛰어나기 때문에 이해하기 어려울 수 있습니다.

무선 주파수 대역에서는 아주 짧은 도선이라도 전기 감각과 같은 효과를 낼 수 있다.대략적으로 계산하면 밀리미터 길이당 약 1nH의 감전감이 있고, 434MHz에서 10밀리미터 PCB 회로의 감전감은 약 27섬이다.지선층을 선택하지 않으면 대부분의 지선이 더 길어지고 회로가 계획된 특성을 보장할 수 없다고 가정합니다.

(3) 안테나에서 다른 모방 부품으로의 복사

무선 주파수 및 기타 부분을 포함하는 회로에서 이 점은 종종 무시됩니다.일반적으로 보드에는 무선 주파수 부분 외에도 다른 아날로그 회로가 있습니다.예를 들어, 많은 마이크로컨트롤러에는 아날로그 입력 및 배터리 전압 또는 기타 매개변수를 측정하는 데 사용되는 내장 아날로그 변환기(ADC)가 있습니다.

RF 송신기의 안테나가 PCB 근처 (또는 PCB) 에 있다고 가정하면 선언된 고주파 신호가 ADC의 아날로그 입력에 도달할 수 있습니다.어떤 회로 회선도 안테나처럼 RF 신호를 보내거나 받을 수 있다는 것을 잊지 마십시오.

ADC 입력의 처리가 불합리하다고 가정하면 RF 신호는 ADC가 입력한 ESD 다이오드에서 스스로 자극한 다음 ADC 오차를 초래할 수 있다.무선 주파수 회로와 디지털 회로는 동일한 PCB 처리 체계를 사용합니다.

다음은 대부분의 무선 주파수 애플리케이션에 대한 전반적인 계획과 케이블 연결 정책을 보여 줍니다.그러나 실제로 RF 장치의 케이블 연결 권장 사항을 따르는 것이 더 중요합니다.

(1) 신뢰할 수 있는 접지 평면

RF 구성 요소가 있는 PCB를 계획할 때는 항상 신뢰할 수 있는 접지 평면을 선택해야 합니다.그것의 목적은 회로에 유용한 0V 전위점을 만들어 모든 장치가 간단하게 결합을 풀 수 있도록 하는 것이다.

전원 공급 장치의 0V 끝은 이 접지 평면에 직접 연결되어야 합니다.접지 평면의 낮은 임피던스로 인해 결합이 제거된 두 노드 사이에 신호 결합이 존재하지 않습니다.

매우 중요한 것은 보드의 여러 신호의 폭이 120dB 차이가 날 수 있다는 것입니다.외부에 설치된 PCB의 모든 신호 경로설정은 어셈블리 장비 표면의 같은 쪽에 있으며 접지층이 좋지 않습니다.

흡입된 접지 평면은 전체 PCB(안테나 PCB 아래 제외)를 덮어야 합니다.두 개 이상의 PCB를 사용하는 경우 어셈블리 표면 아래의 레이어와 같은 인근 신호 레이어의 레이어에 접지 레이어를 배치해야 합니다.

또 다른 좋은 방법은 신호 경로설정 레이어의 빈 부분을 접지층으로 채우는 것입니다.이러한 접지 평면은 여러 개의 오버홀을 통해 주 접지 평면에 연결되어야 합니다.

접지점의 존재는 주변 센싱 특성의 변화를 초래할 수 있으므로 센싱 값의 선택과 센싱 배치를 면밀히 고려할 필요가 있습니다.

(2) 접지층과의 연결 거리 단축

접지층에 대한 모든 연결은 가능한 한 짧아야 하며 접지 통과 구멍은 어셈블리의 용접판을 배치해야 합니다 (또는 매우 가까운).두 개의 접지 신호가 하나의 접지 통과 구멍을 공유하지 않도록 하십시오. 이는 통과 구멍 연결 임피던스로 인해 두 용접 디스크 간의 간섭이 발생할 수 있습니다.

(3) 무선 주파수 디커플링

디커플링 콘덴서는 가능한 한 핀에 접근해야 하며, 디커플링이 필요한 각 핀에 디커플링을 위해 콘덴서를 사용해야 한다.

고품질의 세라믹 콘덴서를 선택하다.가장 좋은 미디어 유형은 "NPO" 입니다.X7R은 대부분의 애플리케이션에서 잘 작동합니다.콘덴서 값의 이상적인 선택은 직렬 공명을 신호 주파수와 같게 해야 한다.

예를 들어, 434MHz에서는 SMD에 설치된 100pF 콘덴서가 잘 작동합니다.이 주파수에서 콘덴서의 내성은 약 4개 섬이고 구멍을 통과하는 감응도 같은 범위에 있다.직렬 콘덴서와 오버홀은 신호 주파수에 비해 오목 필터를 형성하여 디커플링에 유용합니다.

868MHz에서 33pF 용량은 이상적입니다.무선 주파수 디커플링에 사용되는 소값 콘덴서 외에도 저주파를 디커플링하기 위해 전원 라인에 큰 값 콘덴서를 배치해야 한다.2.2°F 세라믹 또는 10°F 탄탈럼 콘덴서를 선택할 수 있습니다.

(4) 별 전원 연결

별 배선은 회로 계획에서 잘 알려진 기술에 따라 모델링됩니다.별표 배선 회로 기판의 각 모듈에는 공용 전원 공급 장치의 자체 전원 코드가 있습니다.

이 경우 별 배선은 회로의 디지털 부분과 RF 부분에 자체 전원 코드가 있어야 하며 이러한 전원 코드는 IC 근처에서 분리되어야 한다는 것을 의미합니다.

이것은 전원 노이즈를 디지털 및 RF 부분과 분리하는 유용한 방법입니다.

소음이 심한 모듈이 동일한 회로 기판에 놓여 있다고 가정하면 전원 코드와 모듈 사이에 센서 (마그네틱 구슬) 또는 작은 저항 (10 섬) 을 연결할 수 있으며 적어도 10 섬 F의 탄탈럼 전기 용기를 콘덴서로 사용할 필요가 있습니다.이 모듈의 전원은 분리된 것이다.이 모듈은 RS 232 드라이브 또는 스위치 전원 조절기입니다.

(5) PCB 레이아웃의 합리적 배치

노이즈 모듈과 주변 아날로그 부분의 간섭을 줄이기 위해 보드의 각 회로 모듈의 레이아웃이 중요합니다.노이즈 모듈(마이크로컨트롤러 및 RS 232 드라이브)에서 항상 액티브 모듈(RF 부품 및 안테나)을 분리하여 간섭을 방지합니다.

(6) 무선 주파수 신호가 다른 모방 부품에 미치는 영향

위에서 설명한 바와 같이 RF 신호는 ADC와 같은 다른 소스 아날로그 회로 모듈을 방해합니다.대부분의 문제는 27MHz와 같은 낮은 작동 주파수 대역과 고출력 레벨에서 발생합니다.RF 디커플링 커패시터 (100pF) 를 사용하여 땅에 연결하고 소스 포인트를 연속적으로 결합하는 것은 좋은 계획 습관입니다.

(7) 차량용 고리형 안테나의 특수 주의사항

안테나는 모두 PCB에 내장할 수 있다.

기존의 채찍형 안테나에 비해 공간과 생산 비용을 절약할 뿐만 아니라 조직적으로 더욱 안정적이고 신뢰할 수 있다.전통적으로 루프 안테나는 상대적으로 좁은 대역폭에 사용될 계획이며, 이는 원하지 않는 강한 신호 간섭 수신기를 억제하는 데 도움이 된다.다른 모든 안테나와 마찬가지로 링 안테나는 근처 노이즈 신호선의 커패시터 결합에서 노이즈를 수신할 수 있습니다.

그것은 수신기를 방해할 수도 있고, 송신기의 변조에 영향을 줄 수도 있다.따라서 절대 안테나 근처에 디지털 신호선을 깔지 말고 안테나 주위에 여유 공간을 유지하는 것이 좋다.

안테나에 가까운 모든 물체는 조정 네트워크의 일부가 될 것이며, 이로 인해 안테나 조정이 예상 주파수점에서 벗어나고 방사선의 방출 및 수신 규모 (거리) 를 줄일 수 있습니다.모든 종류의 안테나에 대해 이러한 현실에 주의해야 하며, 회로기판의 케이스 (외부 포장) 도 안테나의 조화에 영향을 줄 수 있다.

이와 동시에 안테나구역의 접지평면을 철거하는데 주의를 돌려야 한다. 그렇지 않으면 안테나가 효과적으로 사용될수 없다.

(8) 보드 연결

케이블을 사용하여 무선 주파수 회로 기판을 외부 디지털 회로에 연결하는 경우 이중 권선을 사용해야 합니다.각 신호선은 GND 라인(DIN/GND, DOUT/GND, CS/GND, PWR_UP/GND)과 함께 꼬여야 합니다.

이중 교수선의 GND 케이블로 무선 주파수 회로 기판과 디지털 응용 회로 기판을 연결하는 것을 기억하십시오. 케이블 길이는 가능한 한 짧아야 합니다.RF 보드의 전원 회로도 GND(VDD/GND)와 맞물려야 합니다.

결론

무선 주파수 집적 회로의 신속한 발전은 무선 디지털 음성 영상 데이터 전송 시스템, 무선 원격 조종, 원격 측정 시스템, 무선 데이터 수집 시스템, 무선 네트워크, 무선 안전 및 방어 시스템에 종사하는 엔지니어와 기술자에게 가장 큰 무선 응용 병목 현상을 제공했다.가능

이와 동시에 무선주파수회로의 계획은 계획자가 일정한 실천경험과 공정계획능력을 구비해야 한다.