Data PCB - Konsep dan prinsip desain sirkuit frekuensi tinggi dan papan PCB

Untuk rancangan papan PCB sirkuit frekuensi tinggi, ada perisian CAD yang baik, dan fungsi kuatnya cukup untuk mengatasi kekurangan pengalaman desain orang dan pemulihan dan pengiraan parameter yang sukar. Mereka yang mempunyai sedikit pengalaman seharusnya mampu menyelesaikan komponen RF dengan kualiti yang lebih baik. Tetapi pada latihan, ini bukan kes.

1. Tentang perisian desain dan analisis rangkaian yang disediakan oleh CAD

Untuk desain sirkuit frekuensi tinggi, terdapat perisian CAD yang sangat baik. Fungsi kuatnya cukup untuk mengatasi kekurangan pengalaman desain orang dan pemulihan dan pengiraan parameter yang sukar. Combined with powerful network analyzers, it should be Those with a little experience can complete better quality RF components. Bagaimanapun, pada praktek ini bukan kes. Perisian desain CAD bergantung pada fungsi perpustakaan yang berkuasa, termasuk parameter komponen dan indikator prestasi asas yang disediakan oleh kebanyakan penghasil peranti radio dunia. Banyak jurutera RF salah percaya bahawa selama alat digunakan untuk desain, tidak akan ada masalah. Namun, hasil sebenar sentiasa bertentangan dengan keinginan. Alasan ialah mereka menyerah dari aplikasi fleksibel konsep asas rancangan sirkuit frekuensi tinggi dan akumulasi pengalaman dalam aplikasi prinsip rancangan asas di bawah pemahaman yang salah. Sebagai hasilnya, mereka sering membuat ralat aplikasi asas dalam aplikasi alat perisian. Perisian CAD desain sirkuit RF adalah perisian visualisasi transparen, yang menggunakan pelbagai perpustakaan model konfigurasi asas frekuensi tinggi untuk menyelesaikan simulasi keadaan kerja sirkuit sebenar. Sejauh ini, kita sudah faham pautan kunci, terdapat dua jenis model konfigurasi asas frekuensi tinggi, satu adalah model komponen dalam bentuk parameter pusat, dan yang lain adalah model fungsi setempat dalam rancangan konvensional. Jadi ada masalah berikut:

1) Model komponen dan perisian CAD telah berinteraksi dan berkembang selama masa yang lama, dan mereka semakin sempurna. Dalam praktik, kebenaran model boleh dipercayai pada dasarnya. Namun, persekitaran aplikasi yang dianggap oleh model komponen (terutama persekitaran elektrik aplikasi komponen) adalah semua nilai biasa. Dalam kebanyakan kes, siri parameter aplikasi mesti ditentukan secara empirik, jika tidak keputusan sebenar kadang-kadang lebih jauh dari keputusan desain tanpa bantuan perisian CAD.

2) Model konfigurasi asas frekuensi tinggi konvensional yang ditetapkan dalam perisian CAD biasanya terbatas kepada aspek yang boleh dijangka dalam syarat aplikasi semasa, dan hanya boleh terbatas kepada model fungsi asas (jika tidak, pembangunan produk tidak perlu mempekerjakan orang, dan semua jenis produk dilahirkan dengan bergantung pada produk CAD sahaja).

3) Lebih berharga untuk menyatakan bahawa pembangunan model fungsi biasa selesai dengan melaksanakan komponen secara biasa dan menggunakan struktur proses biasa dan sempurna (termasuk struktur papan PCB), dan prestasinya juga telah mencapai tahap "biasa" tinggi. . Tetapi pada praktek, ia adalah imitasi lengkap, yang jauh dari keadaan model. Alasan ialah: walaupun komponen dipilih dan parameter mereka sama, persekitaran elektrik kombinasi mereka tidak boleh sama. Dalam sirkuit frekuensi rendah atau sirkuit digital, perbezaan sebegitu beberapa sentimeter bukanlah halangan besar, tetapi dalam sirkuit frekuensi radio, ralat fatal sering berlaku.

4) Dalam rancangan perisian CAD, rancangan yang toleran kesalahan perisian tidak memperhatikan sama ada tetapan parameter yang salah yang berlawanan dengan situasi sebenar berlaku. Oleh itu, hasil ideal diberikan mengikut laluan berjalan perisian, tetapi pada praktik ia penuh dengan masalah. hasil. Ia boleh diketahui bahawa pautan ralat kunci tidak menggunakan prinsip asas desain sirkuit RF untuk melaksanakan perisian CAD dengan betul.

5) Perisian CAD hanyalah alat bantuan desain. Ia menggunakan fungsi simulasi masa sebenar, perpustakaan model komponen berkuasa dan fungsi generasi fungsi, perpustakaan model aplikasi biasa, dll. untuk mempermudahkan reka-reka dan pengiraan yang membosankan orang. Sejauh ini, ia jauh dari dapat menggantikan kecerdasan buatan dalam rancangan tertentu. Kuasa perisian CAD dalam desain yang diberi bantuan papan PCB RF adalah aspek penting popularitas perisian. Tetapi pada praktek, banyak jurutera RF sering "faham" oleh mereka. Penyebab masih sifat toleransi kesalahan bagi tetapan parameter. Ia sering digunakan untuk mendapatkan model ideal (termasuk setiap pautan berfungsi) dengan menggunakan fungsi simulasi, tetapi hanya selepas penyahpepijatan sebenar ditemui: lebih baik menggunakan pengalaman anda sendiri untuk merancang. Oleh itu, dalam rancangan PCB, perisian CAD masih berguna untuk jurutera dengan pengalaman rancangan RF asas dan kemampuan, membantu mereka terlibat dalam rancangan proses yang membosankan (rancangan prinsip bukan asas). Terdapat dua jenis analisis rangkaian, skalar dan vektor, yang merupakan alat penting untuk desain sirkuit RF. Praktik biasa ialah menyelesaikan rangkaian sirkuit dan papan PCB (atau menggunakan perisian CAD) menurut konsep dan prinsip as as rangkaian sirkuit RF, menyelesaikan proses sampel papan PCB dan mengumpulkan prototip sesuai yang diperlukan, dan kemudian menggunakan penganalisis rangkaian untuk merancang setiap pautan. Analisis rangkaian dilakukan satu per satu, dan ia mungkin untuk membuat sirkuit mencapai keadaan. But the cost of this work is the actual production of at least 3~5 versions of the PCB, and if there is no basic PCB desain principles and basic concepts, the required PCB versions will be more (or the desain cannot be completed). Dalam proses menggunakan penganalisis rangkaian untuk menganalisis sirkuit RF, perlu mempunyai konsep dan prinsip reka papan PCB sirkuit frekuensi tinggi lengkap, dan ia mesti dapat mengetahui dengan jelas cacat reka papan PCB melalui keputusan analisis. Hanya yang ini memerlukan jurutera yang berkaitan untuk mempunyai pengalaman yang besar. Dalam proses menganalisis pautan rangkaian prototip, diperlukan untuk bergantung pada pengalaman eksperimen dan kemahiran yang berbakat untuk membina rangkaian berfungsi setempat. Kerana dalam banyak kes, cacat sirkuit yang ditemui oleh penganalisa rangkaian akan mempunyai banyak faktor pada masa yang sama, jadi perlu menggunakan pembangunan rangkaian berfungsi setempat untuk menganalisis dan menyelidiki dengan teliti penyebab. Pembangunan sirkuit percubaan ini mesti bergantung pada pengalaman rancangan sirkuit frekuensi tinggi yang jelas dan prinsip pembangunan papan sirkuit PCB yang berbakat.

2. Skop artikel ini

Kertas ini terutama bertujuan pada konsep dan prinsip desain gred-gelombang mikro sirkuit frekuensi tinggi dan ia Papan PCB design, kategori sempadan produk komunikasi. Alasan mengapa prinsip desain PCB bagi sirkuit frekuensi tinggi gred mikrogelombang dipilih ialah prinsip ini mempunyai makna panduan yang luas dan milik teknologi aplikasi populer teknologi tinggi semasa. Peralihan dari sirkuit gelombang mikro Papan PCB design concept to the high-speed wireless network (including various access networks) projects is also in the same vein, kerana mereka berdasarkan prinsip asas yang sama, teori garis transmisi dua. Sirkuit digital atau sirkuit PCB frekuensi relatif rendah direka oleh jurutera RF yang mengalami kelajuan yang sangat tinggi, kerana konsep rancangan mereka ditengahkan pada parameter "disebarkan", and the concept of distributed parameters is used in lower-frequency circuits (including The destructive effect in digital circuits) is often ignored by people. Sudah lama, the design of electronic products (mainly for communication products) completed by many peers is often full of problems. Di satu sisi, it is related to the lack of necessary links in electrical principle design (including redundancy design, rekaan kepercayaan, dll.), but more importantly, banyak masalah tersebut berlaku apabila orang berfikir semua pautan yang diperlukan telah dianggap. Sebagai balasan kepada masalah ini, mereka sering menghabiskan tenaga untuk memeriksa prosedur, prinsip elektrik, kelebihan parameter, dll., tetapi jarang menghabiskan tenaga mereka untuk meneliti Papan PCB design, yang sering disebabkan Papan PCB cacat desain. Menyebabkan banyak masalah prestasi produk. Papan PCB prinsip desain melibatkan banyak aspek, termasuk prinsip asas, anti-gangguan, kompatibilitas elektromagnetik, perlindungan keselamatan, dan sebagainya. Untuk aspek ini, terutama dalam sirkuit frekuensi tinggi (especially microwave-grade sirkuit frekuensi tinggi), the lack of relevant concepts often leads to the failure of the entire R&D project. Banyak orang masih tinggal berdasarkan "menyambung prinsip elektrik dengan konduktor untuk bermain peran yang ditentukan sebelumnya", dan bahkan berfikir bahawa "Papan PCB desain milik pertimbangan struktur, teknologi dan peningkatan efisiensi produksi". Banyak jurutera RF juga tidak sepenuhnya sedar bahawa pautan ini sepatutnya fokus istimewa seluruh kerja reka dalam reka RF, dan mereka salah menghabiskan tenaga mereka untuk memilih komponen prestasi tinggi, yang menghasilkan peningkatan yang signifikan dalam kos dan sedikit peningkatan prestasi. Apa yang perlu dikatakan di sini adalah bahawa litar digital bergantung pada anti-gangguan kuatnya, pengesan ralat dan perbaikan, dan boleh membina setiap pautan cerdas secara arbitrari untuk memastikan fungsi normal sirkuit. Sirkuit aplikasi digital biasa dengan konfigurasi tambahan tinggi bagi pautan "normal yang dijamin" adalah jelas ukuran tanpa konsep produk. However, ia sering menyebabkan serangkaian masalah produk dalam pautan yang dianggap "tidak layak". Alasan adalah bahawa pautan fungsional jenis ini yang tidak layak untuk jaminan kepercayaan konstruksi dari perspektif teknik produk seharusnya berdasarkan mekanisme kerja sirkuit digital sendiri, but the wrong construction in the circuit design (including the Papan PCB design) causes the circuit to be in a state of failure. keadaan tidak stabil. Sebab keadaan tidak stabil ini adalah aplikasi as as dibawah konsep yang sama dengan masalah yang sama sirkuit frekuensi tinggi.

Dalam litar digital, ada tiga aspek yang perlu dianggap serius:

1) Isyarat digital sendiri milik isyarat spektrum luas. Menurut hasil fungsi Fourier, ia mengandungi komponen frekuensi tinggi yang sangat kaya, jadi komponen frekuensi tinggi isyarat digital dipertimbangkan sepenuhnya dalam rancangan ICs digital. Namun, selain ICs digital, kawasan transisi isyarat di dalam dan diantara setiap pautan fungsional, jika secara arbitrari, akan membawa kepada sejumlah masalah. Terutama dalam kalangan sirkuit dimana sirkuit digital dan analog dan frekuensi tinggi dicampur.

2) Pelbagai jenis reka kepercayaan dalam aplikasi sirkuit digital berkaitan dengan keperluan kepercayaan dan keperluan rekayaan produk sirkuit dalam aplikasi praktik, dan pelbagai bahagian "jaminan" bernilai tinggi tidak boleh ditambah ke sirkuit yang telah direka konvensional untuk memenuhi keperluan.

3) Kelajuan kerja sirkuit digital bergerak menuju frekuensi tinggi dengan pembangunan yang belum terdahulu (contohnya, CPU semasa, yang frekuensi utama telah mencapai 1.7GHz, jauh melebihi had bawah band frekuensi mikrogelombang). Walaupun fungsi jaminan kepercayaan peranti berkaitan juga disokong secara bersamaan, ia berdasarkan ciri-ciri isyarat luar dalaman dan tipis peranti.

3. Pandangan keseluruhan penting panduan teori garis transmisi dua untuk desain sirkuit microwave dan prinsip kabel papan PCB

Konsep papan PCB dibawah teori dua garis

Untuk grad-gelombang mikro sirkuit frekuensi tinggi, setiap baris garis sepadan pada Papan PCB forms a microstrip line (asymmetrical) with the ground plate. Untuk Papan PCBs dengan lebih dari dua lapisan, garis garis microstrip dan garis boleh bentuk. line (symmetrical microstrip transmission line). Different microstrip lines (double-sided Papan PCBs) or strip lines (multi-layer Papan PCBs) form coupled microstrip lines, dengan itu membentuk berbeza rangkaian empat port kompleks, membentuk sirkuit aras-gelombang mikro PCB Berbagai ciri-ciri papan. Ia boleh dilihat bahawa teori garis transmisi microstrip adalah asas desain sirkuit frekuensi tinggi gred mikrogelombang Papan PCB. Untuk RF-Papan PCB desain di atas 800MHz, the Papan PCB network design near the antenna should fully follow the microstrip theoretical basis (rather than just using the microstrip concept as a tool to improve the performance of lumped-parameter devices). Semakin tinggi frekuensi, semakin penting makna panduan teori microstrip menjadi. Untuk parameter yang ditentralkan dan parameter yang disebarkan bagi sirkuit, walaupun frekuensi operasi lebih rendah, semakin lemah kesan parameter yang disebarkan, tetapi parameter yang disebarkan sentiasa wujud. Tiada garis pembahagian yang jelas sama ada hendak mempertimbangkan pengaruh parameter pembahagian pada ciri-ciri sirkuit. Therefore, pembangunan konsep microstrip sama penting untuk desain sirkuit digital dan sirkuit frekuensi tengah relatif PCB. Asas dan konsep teori microstrip dan konsep desain sirkuit RF tahap mikrogelombang dan Papan PCBs sebenarnya adalah aplikasi teori garis transmisi dua gelombang mikro. Untuk RF-Papan PCB kabel, each adjacent signal line (including adjacent adjacent) All form the characteristics that follow the basic principle of the double line (this will be clearly explained later). Walaupun sirkuit RF mikrogelombang biasa dilengkapi dengan pesawat tanah di satu sisi, supaya garis penghantaran isyarat gelombang mikro di dalamnya cenderung menjadi rangkaian empat port kompleks, secara langsung mengikut teori garis mikro, tetapi asasnya masih teori dua wayar. Therefore, dalam latihan desain, makna panduan teori garis dua lebih luas. Secara umum, untuk sirkuit mikrogelombang, teori microstrip mempunyai makna panduan kuantitatif, yang termasuk dalam aplikasi khusus teori dua garis, dan teori dua garis mempunyai makna panduan kualitatif yang lebih luas. Ia layak disebut bahawa semua konsep yang diberikan oleh teori dua garis, di permukaan, it seems that some concepts have no connection with the actual design work (especially digital circuits and low-frequency circuits), yang sebenarnya adalah ilusi. Teori dua garis boleh memimpin semua isu konseptual dalam desain sirkuit elektronik, terutama kepentingan konsep rancangan sirkuit PCB lebih terkenal. Walaupun teori dua garis ditetapkan pada premis microwave sirkuit frekuensi tinggi, ini hanya kerana pengaruh parameter yang disebarkan sirkuit frekuensi tinggi menjadi penting, yang menjadikan makna panduan terutama. Dalam sirkuit digital atau frekuensi rendah, parameter yang disebarkan tidak terlihat dibandingkan dengan komponen parameter yang ditentralkan, dan konsep teori dua garis menjadi sama sekali tidak jelas. However, bagaimana untuk membezakan sirkuit frekuensi tinggi dan frekuensi rendah sering dilupakan dalam latihan desain. Kategori mana yang membuat logik digital atau sirkuit denyut biasa jatuh ke dalam? Jelas sirkuit frekuensi rendah dan sirkuit frekuensi rendah dengan komponen bukan linear, apabila beberapa keadaan sensitif berubah, mudah untuk mencerminkan beberapa ciri-ciri frekuensi tinggi. Frekuensi utama CPU telah mencapai 1.7GHz, jauh melebihi had bawah frekuensi gelombang mikro, tetapi ia masih sirkuit digital. Kerana ketidakpastian ini, desain Papan PCB sangat penting. Dalam banyak kes, komponen pasif dalam sirkuit boleh sama dengan garis penghantaran atau garis microstrip spesifikasi khusus, dan boleh dijelaskan oleh teori garis penghantaran dua dan parameter berkaitannya. Dalam pendek, ia boleh dianggap bahawa teori garis transmisi dua dilahirkan berdasarkan penyintesis semua ciri-ciri sirkuit elektronik. Therefore, secara ketat, jika setiap pautan dalam praktek desain berdasarkan konsep yang terbentuk dalam teori garis transmisi dua, maka yang sepadan Papan PCB circuit will face very few problems (no matter what the circuit is in working conditions).