СВЧ технология - Проблемы помех, которые следует учитывать при проектировании высокочастотных ПХБ

В высокочастотной конструкции PCB инженерам необходимо учитывать четыре аспекта помех: шум питания, помехи линии передачи, связь, электромагнитные помехи (EMI).

1.1.Шум питания

В высокочастотных платах шум источника питания оказывает заметное влияние на высокочастотные сигналы. Поэтому первым требованием к питанию является низкий шум. Чистый пол так же важен, как и чистая энергия. Источник питания имеет определенное сопротивление, и сопротивление распределено по всему источнику питания. Поэтому шум также накладывается на источник питания. Тогда мы должны минимизировать сопротивление источника питания, поэтому лучше иметь специальный слой питания и заземление. При проектировании схем hf в большинстве случаев гораздо лучше проектировать питание как слой, чем как шину, так что кольца всегда могут следовать пути минимального сопротивления. Кроме того, панель питания должна обеспечивать контур сигнала для всех генерируемых и принимаемых сигналов на PCB. Это минимизирует сигнальную петлю, тем самым уменьшая шум, который часто упускают из виду разработчики низкочастотных схем.

Существует несколько способов устранения шума питания при проектировании PCB:

1. Обратите внимание на сквозное отверстие на панели: сквозное отверстие требует, чтобы слой питания вырезал отверстие, оставляя место для проходного отверстия. Если отверстие в энергетическом слое слишком велико, это неизбежно повлияет на сигнальное кольцо, заставив сигнальный обход, площадь кольца увеличивается, а шум увеличивается. В то же время, если несколько сигнальных линий собираются вблизи отверстия и разделяют одно и то же кольцо, общественное сопротивление приведет к последовательным помехам.

Соединительные линии требуют достаточного заземления: каждый сигнал должен иметь свою собственную выделенную сигнальную петлю, а площадь кольца сигнала и кольца должна быть минимальной, то есть сигнал и кольцо должны быть параллельными.

Имитационные и цифровые источники питания должны быть разделены: высокочастотные устройства, как правило, очень чувствительны к цифровому шуму, поэтому они должны быть отделены друг от друга, подключены к входу источника питания, и если сигнал пересекает аналоговую и цифровую части, на сигнальном пролете может быть установлена петля, чтобы уменьшить площадь кольца. Диапазон цифрового моделирования, используемый в сигнальном контуре, показан на рисунке 3.

Избегайте дублирования независимых источников питания между различными слоями: в противном случае шум цепи легко связывается через паразитные конденсаторы.

Изоляция чувствительных элементов: например, PLL.

6. Поставьте линии электропитания: чтобы уменьшить контур сигнала, линии электропитания размещаются на краю линии сигнала, чтобы уменьшить шум.

2. Линии электропередач

В PCB есть только две линии передачи: полосовые и микроволновые. Самая большая проблема с линиями электропередачи - это отражение, которое вызовет много проблем. Например, сигнал нагрузки будет представлять собой наложение исходного сигнала и эхо - сигнала, что усложнит анализ сигнала. Отражение может привести к потере эха (потеря эха), и его влияние на сигнал столь же серьезное, как и дополнительные шумовые помехи:

(1) Сигнал, отраженный в источнике сигнала, увеличивает шум системы, что затрудняет для приемника разделение шума и сигнала;

(2) Любой отраженный сигнал снижает качество сигнала и изменяет форму входного сигнала. В целом, решение в основном состоит из соответствия сопротивления (например, сопротивление межсоединения должно соответствовать сопротивлению системы), но иногда вычисление сопротивления является более проблематичным и может ссылаться на некоторые программные средства для расчета сопротивления линии передачи.

Методы устранения помех на линии передачи при проектировании PCB являются следующими:

(a) Избегать разрыва сопротивления линии передачи. Точка разрыва сопротивления - это точка мутации линии передачи, такая как прямой угол, сквозное отверстие и т. Д. Следует стараться избегать. Метод: чтобы избежать прямого угла прямой, попробуйте пройти под углом 45° или дугой, большой угол также может быть; Используйте как можно меньше сквозных отверстий, так как каждое сквозное отверстие является разрывом сопротивления, а внешние сигналы избегают прохождения через внутренний слой и наоборот.

(b) Не используйте свайные линии. Любая линия является источником шума. Если свайная линия короче, она может быть соединена в конце линии электропередачи; Если свайная линия длинная, она будет исходить из основной линии передачи и генерировать большое отражение, что усложнит проблему. Рекомендуется не использовать его.

3. Соединительная муфта

(1) Совместная импедансная связь: это общий канал связи, то есть источник помех и интерференционное оборудование часто разделяют некоторые проводники (например, источник питания контура, шины, общее заземление и т. Д.). В этом канале откат Ic приводит к конформному напряжению в последовательном токовом контуре, влияющему на приемник.

(2) Полевая гомоморфная связь приводит к тому, что источник излучения генерирует гомоморфное напряжение в контурах, образующихся в интерференционной цепи, а также на общей референтной поверхности. Если преобладает магнитное поле, значение конформного напряжения, генерируемого в последовательной цепи заземления, составляет площадь Vcm = - (в³B / в³t) * (в которой в³B = изменение магнитной индукции). Если это электромагнитное поле, его индукционное напряжение, когда его значение электрического поля известно: Vcm = (L * H * F * E) / 48, эта формула применима к L (m) = 150 МГц, за пределами этого предела расчет максимального индукционного напряжения может быть упрощен до Vcm = 2 * H * E.

(3) Связь с дифференциальным модовым полем - прямое излучение, воспринимаемое и получаемое парами или проводами на линейной плате и ее контурах. Как можно ближе к двум проводам. Эта связь значительно уменьшается, поэтому два провода могут быть скручены вместе, чтобы уменьшить помехи.

(4) Межлинейная связь (последовательное возмущение) может привести к нежелательной связи между любой линией и параллельной цепью, что в серьезных случаях может значительно повредить производительность системы. Их можно разделить на конденсаторные помехи и сенсорные помехи. Первое связано с тем, что паразитная емкость между линиями позволяет шуму от источника шума связываться с линией приема шума путем инжекции тока. Последняя может считаться нежелательной связью сигналов между первичными паразитными трансформаторами. Размер индуктивных помех зависит от близости двух петель, площади кольца и сопротивления пострадавшей нагрузки.

(5) Связь линий электропередач: означает передачу электромагнитных помех на другие устройства после того, как линии электропередач переменного тока или постоянного тока были нарушены.

Существует несколько способов устранения помех при проектировании PCB:

Размер обоих помех увеличивается с увеличением сопротивления нагрузки, поэтому сигнальные линии, чувствительные к помехам, вызванным помехами, должны быть надлежащим образом соединены.

Максимально возможное увеличение расстояния между сигнальными линиями может эффективно снизить конденсаторные помехи. Управление заземлением, расстояние между проводами (например, изоляция между активными сигнальными линиями и заземленными линиями, особенно в переходных состояниях между сигнальными линиями и линиями заземления) и снижение индуктивности выводов.

Заземление также может быть эффективно уменьшено путем вставки линии заземления между соседними сигнальными линиями, которые должны быть соединены с пластом каждые четверть длины волны.

4. Для очевидных последовательных помех площадь кольцевой дороги должна быть сведена к минимуму, а если позволено, то кольцевая дорога должна быть устранена.

5. Избегать кольцевой линии обмена сигналами.

Обратите внимание на целостность сигнала: проектировщик должен реализовать концевое соединение во время сварки, чтобы решить проблему целостности сигнала. Дизайнеры, использующие этот метод, могут сосредоточиться на экранировании длины микрополосы медной фольги, чтобы получить хорошие характеристики целостности сигнала. Для систем с плотными разъемами в структуре связи дизайнеры могут использовать PCB в качестве зажима.

4.Электромагнитные помехи

По мере увеличения скорости EMI становится все более серьезным и появляется во многих аспектах (например, электромагнитные помехи в межсоединениях). Высокоскоростные устройства особенно чувствительны к этому и будут принимать высокоскоростные рассеянные сигналы, которые низкоскоростные устройства будут игнорировать.

Существует несколько способов устранения электромагнитных помех при проектировании PCB:

Уменьшение колеи: каждая петля эквивалентна одной антенне, поэтому нам нужно минимизировать количество петель, площадь кольца и антенный эффект кольца. Убедитесь, что сигнал имеет только одну петлю в любой точке, избегая искусственного кольца и используя, насколько это возможно, уровень мощности.

Фильтр: В линиях электропитания и сигнальных линиях можно принимать фильтры для снижения EMI, существует три способа: развязывающие конденсаторы, фильтры EMI и магнитные элементы.

3, щит. Из - за проблемы с объемом в сочетании с обсуждением многих экранированных статей больше не будет конкретики.

Минимизировать скорость высокочастотного оборудования.

5. Увеличение диэлектрической константы пластины PCB предотвращает внешнее излучение высокочастотных компонентов, таких как линии передачи вблизи линейной платы; Увеличение толщины пластины PCB, минимизация толщины микрополосных линий может предотвратить переполнение электромагнитных линий, а также предотвратить излучение.