Teknik PCB - Bagaimana memasang sirkuit RF dan sirkuit digital pada papan PCB

Bagaimana memasang sirkuit RF dan sirkuit digital pada papan PCB

Peranti frekuensi radio cip tunggal sangat memudahkan aplikasi dalam medan komunikasi tanpa wayar dalam skala tertentu. Memilih pengendali mikro dan antena yang sesuai dan menggabungkan peranti penerima ini boleh membentuk pautan komunikasi tanpa wayar lengkap. Mereka boleh disertai pada papan sirkuit kecil dan digunakan dalam banyak medan seperti sistem penghantaran data audio digital tanpa wayar dan video digital, kawalan jauh tanpa wayar dan sistem telemetri, sistem koleksi data tanpa wayar, rangkaian tanpa wayar, dan sistem keselamatan tanpa wayar.

Kelawatan potensi antara litar digital dan litar imitasi

Anggap bahawa imitasi sirkuit (RF) dan sirkuit digital (microcontroller) boleh berfungsi secara independen, tetapi apabila kedua-dua ditempatkan pada papan sirkuit yang sama dan bekalan kuasa yang sama digunakan untuk bekerja sama, seluruh sistem mungkin tidak stabil.

Ini terutama kerana isyarat digital sering bergerak antara tanah dan bekalan kuasa positif (3 V), dan masa itu sangat pendek, sering dalam aras ns. Kerana amplitud yang lebih besar dan masa penukaran yang lebih kecil, isyarat digital ini mengandungi banyak komponen frekuensi tinggi yang bebas dari frekuensi penukaran.

Dalam bahagian imitasi, isyarat yang dihantar dari gelung tuning antena ke bahagian penerima peranti tanpa wayar biasanya kurang dari 1μV. Oleh itu, perbezaan antara isyarat digital dan isyarat RF akan mencapai 10-6 (120 dB).

Jelas, menganggap isyarat digital dan isyarat frekuensi radio tidak dapat dibedakan dengan baik, isyarat frekuensi radio lemah mungkin rosak. Sebagai hasilnya, fungsi operasi peranti tanpa wayar akan teruk, atau bahkan gagal operasi sama sekali.

Masalah umum litar RF dan litar digital pada PCB yang sama

Kegagalan untuk blok baris aktif dan baris isyarat bunyi secara adekwat adalah masalah biasa. Seperti yang disebut di atas, isyarat digital mempunyai swing tinggi dan mengandungi banyak harmonik frekuensi tinggi.

Anggap isyarat analog aktif di dekat kawat isyarat digital di papan PCB, harmonik frekuensi tinggi mungkin disambung sebelumnya.

Nod paling aktif peranti RF adalah secara umum sirkuit penapis loop loop loop terkunci fasa (PLL), induktor oscilator kawal-voltasi luaran (VCO), isyarat rujukan kristal dan terminal antena. Bahagian-bahagian sirkuit ini sepatutnya ditangani dengan hati-hati istimewa.

(1) Bunyi bekalan kuasa

Kerana isyarat input/output mempunyai variasi beberapa volt, litar digital secara umum boleh tolerasi bunyi bekalan kuasa (kurang dari 50 mV). Sementara meniru sirkuit, ia sesuai untuk bunyi bekalan kuasa, terutama untuk tekanan gagal dan harmonik frekuensi tinggi lainnya.

Oleh itu, kawat garis kuasa pada papan PCB yang mengandungi sirkuit RF (atau imitasi lain) mesti lebih berhati-hati daripada kawat pada papan sirkuit digital umum, dan kawat automatik mesti dicegah.

Pada masa yang sama, ia juga perlu dicatat bahawa mikrokawal (atau sirkuit digital lain) akan tiba-tiba tenggelam sebahagian besar semasa dalam setiap sirkuit jam dalaman untuk masa singkat. Ini kerana pengawal mikro modern menggunakan perancangan proses CMOS.

Oleh itu, menganggap pengendali mikro berjalan pada frekuensi jam dalaman 1 MHz, ia akan melukis (denyut) arus dari bekalan kuasa pada frekuensi ini. Jika pemisahan bekalan kuasa yang betul tidak diterima, ia akan menyebabkan kegagalan tegangan pada garis bekalan kuasa.

Jika kecelakaan tekanan ini mencapai pin bekalan kuasa bahagian RF sirkuit, ia mungkin menyebabkan operasi gagal secara berat. Oleh itu, perlu memastikan garis kuasa imitasi dipisahkan dari kawasan sirkuit digital.

(2) Kabel tanah tidak masuk akal

Papan sirkuit RF sepatutnya mempunyai pesawat tanah disambung dengan tiang negatif bekalan kuasa. Jika ia tidak dikendalikan dengan betul, beberapa fenomena pelik mungkin berlaku.

Untuk pelancar sirkuit digital, ia mungkin sukar untuk dipahami, kerana walaupun tanpa pesawat tanah, kebanyakan fungsi sirkuit digital adalah luar biasa.

Dalam band frekuensi RF, walaupun wayar yang sangat pendek akan mempunyai kesan yang sama dengan induksi. Pengiraan kasar, induktan per mm panjang adalah kira-kira 1 nH, dan induktan sirkuit PCB 10 mm pada 434 MHz adalah kira-kira 27 Ω. Jika lapisan wayar tanah tidak dipilih, kebanyakan wayar tanah akan lebih panjang, dan sirkuit tidak akan dapat menjamin ciri-ciri yang direncanakan.

(3) Radiasi dari antena ke bahagian lain yang dimiliki

Dalam sirkuit yang termasuk frekuensi radio dan bahagian lain, ini sering dilupakan. Selain bahagian RF, biasanya ada sirkuit analog lain di papan. Contohnya, banyak pengendali mikro mempunyai penyukar analog-ke-digital (ADC) yang dibina untuk mengukur input analog dan tekanan bateri atau parameter lain.

Anggap antena penghantar RF ditempatkan dekat PCB ini (atau pada PCB ini), isyarat frekuensi tinggi yang dinyatakan boleh mencapai input analog ADC. Jangan lupa bahawa mana-mana garis litar boleh mengumumkan atau menerima isyarat RF sama seperti antena.

Anggap proses input ADC tidak masuk akal, isyarat RF mungkin bersemangat dalam dioda ESD input ADC, dan kemudian menyebabkan ralat ADC. Sirkuit RF dan sirkuit digital dibuat pada skema pemprosesan PCB yang sama

Beberapa rancangan umum dan strategi kabel dalam kebanyakan aplikasi RF diberi di bawah. Namun, lebih penting untuk mengikuti rekomendasi kabel untuk peranti RF dalam praktek.

(1) Pesawat tanah yang boleh dipercayai

Apabila merancang PCB dengan komponen RF, anda sepatutnya memilih pesawat tanah yang boleh dipercayai. Tujuannya adalah untuk menetapkan titik 0 V yang berguna dalam sirkuit, sehingga semua peranti hanya terputus.

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.

Ia sangat penting bahawa amplitudes isyarat berbilang di papan boleh berbeza dengan 120 dB. Pada PCB yang diletak secara luar, semua kawat isyarat berada di sisi yang sama permukaan peranti komponen, dan lapisan tanah tidak baik.

Pesawat tanah aspirasi patut meliputi seluruh PCB (kecuali di bawah PCB antena). Anggap bahawa PCB dengan lebih dari dua lapisan digunakan, lapisan tanah patut ditempatkan pada lapisan lapisan isyarat terdekat (seperti lapisan di bawah permukaan komponen).

Kaedah lain yang baik adalah untuk mengisi bahagian kosong lapisan kawat isyarat dengan pesawat tanah. Pesawat tanah ini mesti disambungkan dengan pesawat tanah utama melalui beberapa vias.

Perlu dicatat bahawa wujud titik dasar akan menyebabkan ciri-ciri indutan sekitar berubah, jadi perlu mempertimbangkan dengan hati-hati pemilihan nilai indutan dan tempatan indutan.

(2) Kurangkan jarak sambungan dengan lapisan tanah

Semua sambungan ke lapisan tanah mesti pendek yang mungkin, dan butang tanah mesti ditempatkan (atau sangat dekat) pad komponen. Jangan biarkan dua isyarat tanah berkongsi tanah melalui, yang mungkin menyebabkan saling bercakap antara kedua-dua pads kerana melalui penghalang sambungan.

(3) Pemisahan RF

Kondensator pemisah patut ditempatkan sebanyak mungkin kepada pin, dan kondensator patut digunakan untuk pemisah pada setiap pin yang perlu dipisah.

Pilih kondensator keramik berkualiti tinggi. Jenis dielektrik terbaik adalah "NPO". "X7R" boleh berfungsi dengan baik dalam kebanyakan aplikasi. Pilihan aspirasi nilai kondensator patut membuat resonansi siri sama dengan frekuensi isyarat.

Contohnya, pada 434 MHz, kondensator SMD yang diletak 100 p F akan berfungsi dengan baik. Pada frekuensi ini, reaksi kapasitatif kondensator adalah kira-kira 4 Ω, dan reaksi induktif melalui juga pada skala yang sama. Kondensator dan vias dalam siri membentuk penapis notch berkaitan dengan frekuensi isyarat, yang membuatnya berguna untuk penyahpautan.

Pada 868 MHz, kapasitas 33 p F adalah pilihan aspirasi. Selain kondensator nilai kecil untuk pemasangan RF, kondensator nilai besar juga patut ditempatkan pada garis kuasa untuk pemasangan frekuensi rendah. Kondensator 2.2 μF keramik atau 10 μF tantalum boleh dipilih.

(4) Kabel bintang bagi bekalan kuasa

Kabel bintang dipodelkan selepas teknik yang diketahui dalam rancangan sirkuit. Kabel bintang setiap modul di papan sirkuit mempunyai garis bekalan kuasa sendiri dari titik bekalan kuasa umum.

Dalam kes ini, kawalan bintang bermakna bahawa bahagian digital dan bahagian RF sirkuit sepatutnya mempunyai garis kuasa mereka sendiri, dan garis kuasa ini sepatutnya dipasang dekat IC.

Ini adalah cara yang berguna untuk mengisolasi bunyi bekalan kuasa dari bahagian digital dan bahagian RF.

Anggap modul dengan bunyi yang berat ditempatkan pada papan sirkuit yang sama, induktor (bead magnetik) atau resistor perlahan kecil (10 Ω) boleh disambung dalam siri antara garis kuasa dan modul, dan diperlukan menggunakan kondensator tantalum sekurang-kurangnya 10 μF sebagai kondensator. Sumber kuasa modul ini terputus. Modul ini adalah pemacu RS 232 atau menukar pengaturan bekalan kuasa.

(5) Urus bentangan PCB secara rasional

Untuk mengurangi gangguan dari modul bunyi dan bahagian imitasi periferik, bentangan setiap modul sirkuit di papan adalah penting. Sentiasa simpan modul aktif (bahagian RF dan antena) jauh dari modul bunyi (mikrokawal dan pemacu RS 232) untuk mencegah gangguan.

(6) Lindungi pengaruh isyarat RF pada bahagian-bahagian imitasi lain

Seperti yang disebutkan di atas, isyarat RF akan mengganggu modul sirkuit analog aktif lain seperti ADC apabila mereka dihantar. Kebanyakan masalah berlaku dalam band frekuensi operasi lebih rendah (seperti 27 MHz) dan aras output kuasa tinggi. Ia adalah kebiasaan perancangan yang baik untuk menggunakan kondensator pemisahan RF (100p F) untuk menyambung ke tanah dan secara terus-menerus pasang titik aktif.

(7) Pertimbangan khas untuk antena loop kapal

Antena semua boleh dibina pada PCB.

Berbanding dengan antena whip tradisional, ia tidak hanya menyimpan ruang dan kos produksi, tetapi juga lebih stabil dan dipercayai dalam organisasi. Secara biasa, antena loop direncanakan untuk lebar band relatif sempit, yang membantu untuk menahan isyarat kuat tidak diinginkan daripada mengganggu penerima. Hati-hati bahawa antena loop (seperti semua antena lain) boleh menerima bunyi secara kapasitif disambung dari garis isyarat bunyi dekat.

Ia akan mengganggu penerima dan juga boleh mempengaruhi modulasi penghantar. Oleh itu, anda tidak perlu meletakkan garis isyarat digital di dekat antena, dan ia disarankan untuk menjaga ruang bebas di sekitar antena.

Setiap objek yang dekat dengan antena akan membentuk sebahagian dari rangkaian penyesuaian, yang akan menyebabkan penyesuaian antena melebihi titik frekuensi yang dijangka dan mengurangkan skala (jarak) radiasi transmisi dan penerimaan. Mengenai semua jenis antena, perlu memperhatikan realiti ini, dan shell (pakej luar) papan sirkuit juga boleh mempengaruhi tuning antena.

Pada masa yang sama, perlu berhati-hati untuk membuang pesawat tanah di kawasan antena, jika tidak antena tidak boleh digunakan secara efektif.

(8) Sambungan papan sirkuit

Jika kabel digunakan untuk menyambungkan papan sirkuit RF ke sirkuit digital luaran, cabel pasangan yang berpasangan sepatutnya digunakan. Setiap wayar isyarat mesti diputar bersama dengan wayar GND (DIN/ GND, DOUT/ GND, CS/ GND, PWR UP/ GND).

Ingat untuk menyambungkan papan sirkuit RF dan papan sirkuit aplikasi digital dengan wayar GND kabel berpasangan putar, dan panjang kabel sepatutnya yang singkat mungkin. Sirkuit bekalan kuasa bagi papan sirkuit RF juga mesti diputar dengan GND (VDD/ GND).

dalam kesimpulan

Pembangunan cepat sirkuit terintegrasi frekuensi radio menyediakan tekanan aplikasi tanpa wayar terbesar bagi jurutera dan teknik yang terlibat dalam sistem transmisi data audio dan video digital tanpa wayar, kawalan jauh tanpa wayar, sistem telemetri, sistem koleksi data tanpa wayar, rangkaian tanpa wayar, dan sistem keselamatan dan pertahanan tanpa wayar. Mungkin.

Pada masa yang sama, merancang sirkuit frekuensi radio memerlukan pelancar untuk mempunyai pengalaman praktik tertentu dan kemampuan merancang teknik.