Data PCB - Bagaimana meletakkan sirkuit RF dan sirkuit digital pada papan PCB

Mereka boleh disertai pada papan PCB kecil dan digunakan dalam audio digital tanpa wayar, sistem penghantaran data video digital, kawalan jauh tanpa wayar dan sistem telemetri, sistem pengakuan data tanpa wayar, rangkaian tanpa wayar dan sistem keselamatan tanpa wayar dan banyak medan lain. Peranti frekuensi radio cip tunggal sangat memudahkan

1. Konflik potensi antara litar digital dan litar analogIf the analog circuit (RF) and the digital circuit (microcontroller) work separately, they may work fine, but once they are placed on the same board and run from the same power supply, the whole system is likely to be unstable . Ini terutama kerana isyarat digital sering bergerak antara tanah dan bekalan kuasa positif (saiz 3 V), dan jangka adalah sangat pendek, sering dalam aras ns. Kerana amplitud yang lebih besar dan masa penukaran yang lebih kecil, isyarat digital ini mengandungi bilangan besar komponen frekuensi tinggi yang bebas dari frekuensi penukaran. Dalam bahagian analog, isyarat yang dihantar dari gelung tuning antena ke bahagian penerima peranti tanpa wayar biasanya kurang dari 1μV. Jadi perbezaan antara isyarat digital dan isyarat RF akan 10-6 (120 dB). Jelas sekali, jika isyarat digital tidak dipisahkan dengan baik dari isyarat frekuensi radio, isyarat frekuensi radio lemah mungkin rosak, sehingga prestasi kerja peranti tanpa wayar akan rosak, atau bahkan tidak sepenuhnya berfungsi.

2. Masalah umum dengan sirkuit RF dan sirkuit digital pada pengizolan PCBInsufficient garis isyarat sensitif dan bunyi adalah masalah umum. Seperti yang disebutkan di atas, isyarat digital mempunyai perubahan tinggi dan mengandungi banyak harmonik frekuensi tinggi. Jika penghalaan isyarat digital pada PCB adalah bersebelahan dengan isyarat analog sensitif, harmonik frekuensi tinggi boleh pasang melalui. Nod sensitif peranti RF biasanya sirkuit penapis loop terkunci fasa (PLL), induksi oscilator kawal tegangan luar (VCO), isyarat rujukan kristal dan terminal antena, dan bahagian-bahagian sirkuit ini patut dikendalikan dengan hati-hati istimewa. (1) Bunyi bekalan kuasa Sejak isyarat input/output mempunyai perubahan beberapa volt, litar digital secara umum diterima untuk bunyi bekalan kuasa (kurang dari 50 mV). Sirkuit analog, pada sisi lain, agak sensitif kepada bunyi bekalan kuasa, terutama tekanan kecacatan dan harmonik frekuensi tinggi lain. Oleh itu, penghalaan garis kuasa pada PCB yang mengandungi sirkuit RF (atau lain-lain analog) mesti dilakukan dengan lebih berhati-hati daripada pada papan digital biasa, dan penghalaan automatik mesti dihindari. Ia juga perlu dicatat bahawa mikrokawal (atau sirkuit digital lain) tiba-tiba akan melukis sebahagian besar semasa untuk jangka masa pendek semasa setiap sirkuit jam dalaman, kerana mikrokawal modern dirancang pada proses CMOS. Oleh itu, menganggap mikrokawal berjalan pada frekuensi jam dalaman 1 MHz, ia akan melukis (denyutan) arus dari bekalan kuasa pada frekuensi ini, yang tidak dapat dihindari menyebabkan kegagalan tegangan pada garis bekalan kuasa jika pemisahan bekalan yang betul tidak diambil. Jika kecelakaan tegangan ini mencapai pin kuasa bahagian RF sirkuit, ia mungkin membawa kepada kegagalan kerja, jadi ia mesti memastikan bahawa garis kuasa analog dipisahkan dari kawasan sirkuit digital. (2) Papan sirkuit wireRF tanah tidak masuk akal sepatutnya mempunyai pesawat tanah disambung dengan sisi negatif bekalan kuasa, yang boleh menyebabkan beberapa perilaku pelik jika tidak dikendalikan dengan betul. Ini mungkin sukar untuk perancang sirkuit digital untuk memahami kerana kebanyakan sirkuit digital berfungsi dengan baik walaupun tanpa pesawat tanah. Dalam band frekuensi RF, walaupun wayar yang sangat pendek boleh bertindak seperti induksi. Dikira-kira, induktan per mm panjang adalah kira-kira 1 nH, dan induktan garis PCB 10 mm pada 434 MHz adalah kira-kira 27 Ω. Tanpa pesawat tanah, kebanyakan garis tanah akan panjang dan sirkuit tidak akan dapat menjamin ciri-ciri desain. (3) Radiasi dari antena ke bahagian analog lain Dalam sirkuit yang mengandungi RF dan bahagian lain, ini sering dilupakan. Selain seksyen RF, biasanya ada sirkuit analog lain di papan. Contohnya, banyak pengendali mikro mempunyai penyukar analog-ke-digital (ADCs) untuk mengukur input analog serta tekanan bateri atau parameter lain. Jika antena penghantar RF ditempatkan berhampiran (atau pada) PCB ini, isyarat frekuensi tinggi yang teremit mungkin mencapai input analog ADC. Jangan lupa bahawa mana-mana garis litar boleh menghantar atau menerima isyarat RF seperti antena. Jika input ADC tidak diproses dengan betul, isyarat RF mungkin bersemangat dalam dioda ESD input ADC, menyebabkan ADC bergerak.3. Solusi A dengan sirkuit RF dan sirkuit digital pada rancangan umum PCBSome yang sama dan strategi routing dalam kebanyakan aplikasi RF diberi di bawah. Namun, lebih penting untuk mengikuti rekomendasi laluan untuk peranti RF dalam aplikasi dunia nyata. (1) Pesawat tanah yang boleh dipercayaiApabila merancang PCB dengan komponen RF, pesawat tanah yang boleh dipercayai sepatutnya digunakan. Tujuannya adalah untuk menetapkan titik 0 V yang berkesan dalam sirkuit, membolehkan pemisahan mudah semua peranti. Terminal 0 V bekalan kuasa patut disambung secara langsung ke pesawat tanah ini. Kerana kekurangan penerbangan tanah, tidak akan ada isyarat yang menyambung antara dua nod yang telah terputus. Ini sangat penting kerana amplitud isyarat berbilang di papan mungkin berbeza dengan 120dB. Pada PCB penyelesaian permukaan, semua laluan isyarat berada di sisi yang sama permukaan penyelesaian komponen, dan pesawat tanah berada di sisi bertentangan. Pesawat tanah ideal patut meliputi seluruh PCB (kecuali di bawah PCB antena). Jika lebih dari dua lapisan PCB digunakan, lapisan tanah patut ditempatkan pada lapisan disebelah lapisan isyarat (seperti lapisan berikutnya di sisi komponen). Pendekatan lain yang baik adalah untuk mengisi bahagian kosong lapisan penghalaan isyarat dengan pesawat tanah, yang mesti disambungkan ke pesawat tanah utama melalui beberapa vias. Seharusnya dikatakan bahawa kerana wujud titik tanah akan menyebabkan perubahan ciri-ciri indutan di sebelahnya, pemilihan nilai indutan dan pengaturan indutan mesti dipertimbangkan dengan hati-hati. (2) Perpendek jarak sambungan ke lapisan tanahAll connections to ground planes must be kept as short as possible, and ground vias should be placed at (or very close to) the component pads. Jangan biarkan dua isyarat tanah berkongsi tanah melalui, kerana ini boleh menyebabkan salib bercakap antara kedua-dua pads kerana melalui impedance sambungan. (3) Penyahputaran RF Kondensator patut ditempatkan sebanyak mungkin dengan pins, dan penyahputaran kondensator patut digunakan pada setiap pin yang perlu dihapuskan. Menggunakan kondensator keramik kualiti tinggi, jenis dielektrik adalah "NPO", "X7R" juga akan berfungsi dengan baik dalam kebanyakan aplikasi. Nilai kondensator ideal patut dipilih supaya resonansi sirinya sama dengan frekuensi isyarat. Contohnya, pada 434 MHz, kondensator SMD yang diletak 100 pF akan berfungsi dengan baik. Pada frekuensi ini, reaksi kapasitatif kondensator adalah kira-kira 4 Ω, dan reaksi induktif melalui adalah dalam julat yang sama. Kondensator dan vias dalam siri membentuk penapis notch untuk frekuensi isyarat, membolehkan pemisahan berkesan. Pada 868 MHz, kondensator 33 pF adalah pilihan yang ideal. Selain kapasitor nilai kecil untuk penyahkopian RF