СВЧ технология - пятикратный опыт проектирования радиочастотных схем ​

в теории электроники, когда ток протекает через проводник, вокруг проводника образуется магнитное поле; когда переменный ток проходит через проводник, вокруг проводника образуется переменное электромагнитное поле, называемое электромагнитной волной.

When the electromagnetic wave frequency is lower than 100khz, электромагнитные волны поглощаются поверхностью, не образуя эффективной передачи, but when the electromagnetic wave frequency is higher than 100khz, электромагнитные волны могут распространяться в воздухе и отражаться в ионосфере внешней кромки атмосферы, образуя возможность передачи на большие расстояния. поэтому, the alternating current that changes less than 1000 times per second is called low-frequency current, А переменный ток, изменяющийся более чем в 1000 раз, называется высокочастотным током, радиочастота - это такой высокочастотный ток. Radio Frequency is referred to as RF.

The radio frequency circuitis composed of passive components, active devices and passive networks. частотная характеристика элементов, используемых в радиочастотных схемах, отличается от частотной характеристики элементов в низкочастотных схемах. Кроме того to the different frequency characteristics of components and low-frequency circuits, характеристики радиочастотных схем в области электронной техники также отличаются от низкочастотных схем. Under high frequency conditions, гибридная емкость и индуктивность рассеяния оказывают большое влияние на цепь. In low-frequency circuits, Эти параметры рассеяния практически не влияют на производительность цепи. с увеличением частоты, влияние расходящихся параметров возросло. In the high-frequency heads of early VHF-band television receivers and the front-end circuits of communication receivers, влияние рассеянной емкости очень велико, поэтому нет необходимости добавлять дополнительные конденсаторы.

In addition, Эта схема имеет поверхностный эффект в условиях радиочастоты. В отличие от постоянного тока, current flows in the entire conductor under direct current conditions, а при высокой частоте тока текут на поверхности проводника. As a result, высокочастотное переменное сопротивление.

Another problem in high-frequency circuits is the electromagnetic radiation effect. As the frequency increases, when the wavelength is comparable to the circuit size of 12, цепь превратилась в радиатор.. At this time, эффект связи между схемами и внешней средой, leading to many interference problems.

проектирование панелей радиочастот, like electromagnetic interference (EMI), Это всегда была самая трудная часть управления инженером. Although there are still many uncertainties in the design of радиочастотная плата, в процессе проектирования еще есть правила, которые необходимо соблюдать радиочастотная плата. The following will discuss various issues related to the partition design of the RF circuit board.

пять обобщений опыта

1. Principles of RF circuit layout

When designing the RF layout, the following general principles must be met first:

(1) Separate the высокомощная радиочастотаamplifier (HPA) and the low-noise amplifier (LNA) as much as possible. Короче говоря, keep the высокомощная радиочастота transmitter circuit away from the low-power RF receiver circuit;

(2) Ensure that there is at least a whole piece of ground in the high-power area of the PCB board, preferably without vias. Конечно, the larger the copper foil area, the better;

(три) Decoupling of chip and power supply is also extremely important;

4) вывод радиочастот обычно должен быть удален от ввода радиочастот;

(5) Sensitive analog signals should be as far away from high-speed digital signals and RF signals as possible;

Two, физический раздел, electrical partition design partition

Physical partitioning mainly involves issues such as component layout, сторона, and shielding; electrical partitioning can continue to be decomposed into partitions for power distribution, радиочастотная проводка, sensitive circuits and signals, приземление.

1. Physical partition problem

The layout of the components shows the quality of the RF design. наиболее эффективной технологией является фиксация компонентов на пути к радиочастоте и корректировка их направления для сведения к минимуму длины пути радиочастоты, удалять ввод от вывода, and as far as possible Ground separation of high-power circuits and low-power circuits.

The most effective circuit board stacking method is to arrange the main ground plane (main ground) on the second layer below the surface layer, и, насколько это возможно, проводки на поверхности. Minimizing the size of the vias on the RF path can not only reduce the path inductance, можно также уменьшить виртуальную сварную точку на главном заземлении, уменьшить возможность утечки радиочастотной энергии в другие области слоистой плиты.

2. принцип высокочастотной проводки

канал регистрации радиочастоты и промежуточной частоты должен быть как можно более пересекающимся и, насколько это возможно, изолированным. правильный радиочастотный путь очень важен для свойств панелей PCB, поэтому компоновка компонентов обычно находится на панели PCB. причина, по которой большинство времени уходит на проектирование. при проектировании панели PCB для мобильных телефонов схемы с малошумным усилителем могут размещаться на одной стороне панели PCB, на другой - на высокой мощности, и, наконец, при подключении дуплекса к одной и той же радиочастотной конце и базовой полосе. на конце устройства на антенне. необходимо несколько методов для обеспечения того, чтобы проходное отверстие не переключало радиочастотную энергию с одной стороны платы на другую. обычным способом является использование слепой дыры по обе стороны. негативное воздействие проходного отверстия может быть сведено к минимуму путем размещения прямых отверстий в зонах, свободных от радиочастотных помех по обе стороны панели PCB.

Sometimes it is impossible to ensure sufficient isolation between multiple circuit blocks. В таком случае, it is necessary to consider the use of a metal shield to shield the RF energy in the RF area. металлическая защита должна быть сварена на землю и поддерживаться с узлами. подходящее расстояние, so it needs to take up valuable space on the PCB board. очень важно, чтобы защита была как можно более полной. The digital signal lines entering the metal shielding cover should go to the inner layer as much as possible, слой PCB под слоем электропроводки. RF signal lines can go out from the small gap at the bottom of the metal shield and the wiring layer at the ground gap, но вокруг пропасти как можно больше, the ground on different layers can be connected together through multiple vias .

три. Decoupling of chip and power supply

Многие радиочастотные чипы с интегральными линейными схемами очень чувствительны к шумам мощности. как правило, каждый чип должен использовать до четырех конденсаторов и изолировать индуктивность для обеспечения того, чтобы все электрические шумы были фильтрованы. интегральные схемы или усилители, как правило, имеют выход стока в цепи, поэтому для обеспечения высокоомного радиочастотного напряжения и низкоомного источника постоянного тока требуется индуктор с верхним растяжением. тот же принцип применим и к отключению питания на стороне этого индуктора.

Некоторые чипы нуждаются в нескольких источниках питания, поэтому для их разделения могут потребоваться две - три группы конденсаторов и индукторов. индукторы редко соединяются друг с другом, так как это образует трансформатор с воздушным сердечником и вызывает взаимные помехи. сигналы, поэтому расстояние между ними должно быть как минимум равным высоте одного из этих устройств или расположено в прямом углу, чтобы свести к минимуму взаимность.

4. Principles of electrical zoning

The principle of electrical zoning is roughly the same as that of physical zoning, но в нем также содержится ряд других факторов. Some parts of the mobile phone use different working voltages and are controlled by software to extend the battery life. это значит, что мобильный телефон должен работать с несколькими источниками энергии, and this brings more problems to isolation.

питание обычно поступает из соединителя, and is immediately decoupled to filter out any noise from the outside of the circuit board, затем распределять через набор переключателей или регуляторов. The DC current of most circuits on the mobile phone PCB board is quite small, Поэтому ширина траектории обычно не проблема. However, для того чтобы снизить напряжение передачи до минимума, необходимо отдельно проложить как можно более широкую линию тока для питания усилителя высокой мощности. . In order to avoid too much current loss, требуется несколько перерывов для переноса тока с одного слоя на другой. In addition, если не удаётся полностью развязать на выводе энергоусилителя большой мощности, high-power noise will radiate to the entire board and cause various problems.

заземление мощных усилителей имеет решающее значение, и обычно для них требуется металлический экран. В большинстве случаев важно также обеспечить, чтобы выходы на Радиочастоту не выходили за рамки ввода радиочастот. Это касается также усилителей, буферов и фильтров. В худшем случае, если результаты работы усилителей и буферов обратятся к входным концам с соответствующей фазой и амплитудой, то они могут генерировать собственные колебания. В лучшем случае они смогут работать стабильно при любой температуре и напряжении.

На самом деле, they may become unstable and add noise and intermodulation signals to the RF signal. Если линия радиочастотных сигналов должна быть возвращена с входного конца цикла фильтра на выход, Это может серьезно повредить полосу пропускания фильтра. In order to get a good isolation between the input and the output, необходимо сначала укладывать землю вокруг фильтра, and then a ground must be laid in the lower layer area of the filter and connected to the main ground surrounding the filter. Это также хороший способ как можно дальше от строки сигнала фильтра.

Кроме того, заземление на всех позициях всей платы должно быть очень осторожным, иначе будет введен канал связи. иногда можно выбрать однополюсную или сбалансированную радиочастотную линию сигнала. к этому также применимы принципы интерференции и EMC / EMI. При правильной проводке сбалансированная радиочастотная сигнальная линия может уменьшить шум и перекрестные помехи, но их сопротивление, как правило, очень высокое, необходимо сохранять разумную ширину линии, чтобы найти совпадение между источником сигнала, слежением и сопротивлением нагрузки. реальная проводка может быть затруднена. буфер может быть использован для улучшения эффекта изоляции, поскольку он может разделять одни и те же сигналы на две части и использовать различные схемы, особенно локальные генераторы, которые могут нуждаться в буфере для управления несколькими микшерами.

When the mixer reaches the common mode isolation state at the RF frequency, Это не нормально. The buffer can well isolate the impedance changes at different frequencies, Так фазовращательная фазовращающая. буфер очень полезен для проектирования. They can follow the circuit that needs to be driven, Поэтому траектория траэтория выхода большой мощности очень коротка. Because the input signal level of the buffer is relatively low, Они не могут легко влиять на других членов правления.. цепь создает помехи. Voltage-controlled oscillators (VCOs) can convert varying voltages into varying frequencies. Эта функция используется для переключения высокоскоростных каналов, but they also convert trace noise on the control voltage into tiny frequency changes, это увеличивает шум радиосигналов.

Решение проблемы шума

фёрст, the expected bandwidth of the control line may range from DC to 2MHz, И вряд ли можно удалить такой широкий шум с помощью фильтра; Следующий, the VCO control line is usually part of a feedback loop that controls the frequency. шум может быть везде, so the VCO control line must be handled very carefully. убедиться в прочности грунта под линией радиочастот, все компоненты прочно связаны с заземлением и изолированы от других возможных признаков шумов.

Кроме того, необходимо обеспечить, чтобы питание вко было полностью отключено. Поскольку выход радиочастот в управляемых напряжением генераторах обычно является относительно высоким уровнем, выходной сигнал задающего генератора может легко повлиять на другие схемы, поэтому особое внимание следует уделять электрофорам, управляемым давлением. На самом деле, вко обычно размещается на конце радиочастотной области, иногда требуется металлическая защита. резонансная схема (одна для передатчика, другая для приемника) связана с вко, но она также имеет свои особенности. Короче говоря, резонансная схема представляет собой параллельную резонансную схему с ёмкостным диодом, которая помогает установить рабочие частоты для вко и модулирует голоса или данные на радиосигналы. все принципы проектирования вко также применимы к резонансным схемам. Поскольку в резонансных схемах содержится достаточно много элементов, на платах схем имеются обширные ареалы распределения и, как правило, работают на очень высоких частотах радиочастот, резонансные схемы обычно очень чувствительны к шуму.

сигнал обычно располагается на соседнем выводе чипа, but these signal pins need to work with relatively large inductors and capacitors, это, в свою очередь, требует, чтобы эти индукторы и конденсаторы находились в очень близком положении и были соединены с цепью управления, чувствительной к шуму. это сделать нелегко.

Automatic gain control (AGC) amplifiers are also prone to problems. схема запуска и приема будет оснащена AGC - усилителем. AGC amplifiers can usually effectively filter out noise, но из - за способности мобильного телефона быстро менять интенсивность передачи и приёма сигналов, the AGC circuit is required to have a fairly wide bandwidth, это облегчило ввод AGC - усилителя в некоторые ключевые схемы. Designing AGC circuits must comply with good analog circuit design techniques, which are related to the short op amp input pins and short feedback paths, both of which must be far away from RF, если, or high-speed digital signal traces.

так же, good grounding is also essential, and the chip's power supply must be well decoupled. If it is necessary to run a long wire at the input or output end, it is best to go at the output end. Usually, the impedance of the output end is much lower and it is not easy to induce noise. Generally, the higher the signal level, the easier it is to introduce noise into other circuits.

In all PCB designs, it is a general principle to keep digital circuits away from analog circuits as much as possible, and it also applies to RF PCBdesign. Common analog ground and ground for shielding and separating signal lines are usually equally important. Therefore, in the early stages of design, careful planning, продуманная компоновка компонентов, and thorough layout evaluation are all very important, and RF circuits should also be used Keep away from analog lines and some very critical digital signals. All RF traces, pads and components should be filled with grounded copper as much as possible and connected to the main ground as much as possible. If the RF trace must pass through the signal line, try to route a layer of ground connected to the main ground along the RF trace between them. If it is not possible, убедиться, что они пересекаются. This minimizes capacitive coupling. At the same time, на каждой радиочастотной линии вокруг каждого шлейфа устанавливается максимальное количество заземлений и соединяется с основным заземлением.

In addition, minimizing the distance between parallel RF traces can minimize inductive coupling. когда поверхность тела находится на первом этаже под поверхностью, the isolation effect is best, although other methods of designing with care will also work. On each layer of the PCB board, установить максимальное количество заземлений и подключить к главному заземлению. Place the traces as close together as possible to increase the number of plots of the internal signal layer and power distribution layer, и соответствующим образом отрегулировать линию, чтобы можно было соединять заземляющие отверстия с поверхностным экраном. Free grounds should be avoided on the various layers of the PCB because they can pick up or inject noise like a small antenna. In most cases, если вы не можете подключить их к главному острову, then you'd better remove them.

3, the PCB board design should pay attention to several aspects

обработка электропитания и заземления

Even if the wiring in the entire PCB board is completed very well, the interference caused by the improper consideration of the power supply and the ground wire will reduce the performance of the product, иногда даже влияет на успех продукции. Therefore, надо серьезно отнестись к проводам и проводам, and the noise interference generated by the electric and ground wires should be minimized to ensure the quality of the product. каждый инженер, занимающийся проектированием электронной продукции, понимает причины шумов между линией земли и линией электропитания, Теперь описывается только подавление шума:

1) общеизвестно, что между электропитанием и поверхностью земли добавлены конденсаторы развязки.

(2) Widen the width of the power and ground wires as much as possible, preferably the ground wire is wider than the power wire, their relationship is: ground wire>power wire>signal wire, usually the signal wire width is: 0.155½ * 0.3 мм, the thinnest The width can reach 0.1585 * 0 * 0.07mm, линия питания 1.2～2.5 мм. For the PCB of the digital circuit, можно образовать контур с помощью более широкой линии приземления, То есть, to form a ground net to use (the ground of the analog circuit cannot be used in this way)

(3) Use a large-area copper layer as a ground wire, и соединять незадействованные места на печатных платах как заземляющие линии с землей. можно также сделать многослойные доски, and the power supply and ground wire occupy one layer each.

общее заземление цифровых и аналоговых схем

Многие PCB больше не являются функциональными (цифровыми или аналоговыми) схемами, а представляют собой комбинацию цифровых и аналоговых схем. Поэтому при прокладке проводов необходимо принимать во внимание их взаимные помехи, особенно шумы на заземлении. частота цифровых схем высока, чувствительность аналоговых схем высока. для сигнальных линий высокочастотные линии сигнализации должны быть как можно дальше от чувствительных аналоговых схем. Что касается заземления, то в целом PCB имеет лишь один узел, связанный с внешним миром, и поэтому необходимо решать проблемы цифрового и искусственного общественного заземления внутри PCB, в то время как цифровые и аналоговые заземления фактически отделяются внутри платы, которые не связаны друг с другом, а являются интерфейсами, связывающими PCB с внешним миром (например, штепсели и т.д. между цифровым заземлением и аналоговым заземлением существует короткое замыкание. Заметьте, что есть только одна точка связи. PCB имеет также негосударственное заземление в зависимости от проектирования системы.

3. The signal line is laid on the electric (ground) layer

In the multi-layer printed board wiring, Потому что в сигнальном слое не так много незакрытых проводов, увеличение объемов производства приводит к расточительству и увеличению объема производства, and the cost will increase accordingly. чтобы разрешить это противоречие, you can consider wiring on the electrical (ground) layer. прежде всего следует рассмотреть уровень питания, and the ground layer second. Потому что лучше сохранить целостность.

4. обработка крепи с большим проводником

в большом заземлении с ним связаны опоры общественных узлов. обработка соединительных ножек требует комплексного рассмотрения. Что касается электрических свойств, то лучше подключить паяльную тарелку для опор частей к поверхности меди. при сварке и сборке компонентов имеются некоторые скрытые дефекты, например: 1. для сварки нужен мощный нагреватель. 2. легко создавать виртуальные сварные точки. Таким образом, электрические свойства и технологические требования изготавливаются на стыковой основе, называемые теплоизоляционными плитами, которые обычно называются горячими сварными дисками (thermal Pad), поэтому в процессе сварки, из - за того, что поперечное сечение слишком тепло, могут образовывать виртуальные сварные точки. секс резко сократился. многослойная пластинка (заземление) ноги обрабатываются одинаково.

5. Роль сетевой системы в проводке

во многих системах CAD подключение определяется сетевой системой. сетка слишком плотна для увеличения пути, но длина шага слишком мала, количество данных в поле слишком велико. Это неизбежно приведет к более высоким требованиям в отношении места хранения оборудования и скорости вычисления компьютерных электронных продуктов. большое влияние. некоторые пути являются неверными, как, например, путь, занятый прокладкой опорной ноги узла или установлением отверстий и фиксированными отверстиями. слишком редкие сетки и каналы сильно влияют на коэффициент распределения. Поэтому для поддержания линий электропередач необходимо иметь разумную систему электроснабжения. расстояние между опорными ногами стандартных конструкций составляет 0,1 дюйма (2,54 мм), поэтому базис системы координат обычно устанавливается в 0,1 дюйма (2,54 мм) или в несколько раз меньше 0,1 дюйма (например, 0,05 дюйма, 0025 дюйма, 0,02 дюйма).

4, high-frequency PCBdesign skills and methods

1. The corner of the transmission line should be 45° to reduce the return loss

2. Use high-performance insulated circuit boards whose insulation constant values are strictly controlled by level. Этот метод помогает эффективно управлять электромагнитным полем между изоляционными материалами и смежными соединениями.

совершенствование спецификаций проектирования PCB, связанных с высокой точностью травления. необходимо рассмотреть вопрос об установлении общей ошибки ширины линии + / - 00007 дюйма, следует управлять краями и поперечным сечением формы соединения, а также установить условия гальванизации боковой стены соединения. полное управление геометрией и поверхностью покрытия проводов (проводников) имеет важное значение для решения и реализации норм, связанных с поверхностным эффектом микроволновой частоты.

видные провода имеют индуктивность отвода и поэтому избегают использования элементов с выводом. в высокочастотной среде лучше использовать поверхностные вкладыши.

5. использовать отверстие для сигнализации, avoid using a via processing (pth) process on sensitive boards, Потому что этот процесс создаёт индуктивность провода через отверстие.

6. предоставить достаточное количество наземных самолетов. Use molded holes to connect these ground planes to prevent the 3D electromagnetic field from affecting the circuit board.

7. To choose electroless nickel plating or immersion gold plating process, не использовать метод HASSL для гальванизации.

антикоррозийная пленка предотвращает движение пластыря. Однако из - за неопределенности толщины и неизвестных характеристик изоляции вся поверхность платы покрыта сопротивлением сварочного материала, что приведет к значительным изменениям электромагнитной энергии в конструкции микрополос. обычно блоки флюса используются в качестве электромагнитного поля для сварочного фотошаблона.

In this case, Мы управляем переключением кабелей с микролент на коаксиальный. In the coaxial cable, поверхность земли переплетена кольцами, шаг равномерный. микрополосная антенна, the ground plane is below the active line. Это приведёт к некоторому периферийному эффекту, это нужно понимать, прогноз и учет в процессе проектирования. Of course, Такая несогласованность может также привести к потере прибыли, чтобы избежать шумов и помех сигналов, это несоответствие должно быть сведено к минимуму.

5, электромагнитная совместимость дизайн

Electromagnetic compatibility refers to the ability of electronic equipment to work in a coordinated and effective manner in various electromagnetic environments. электромагнитная совместимость предназначена для того, чтобы электронное оборудование могло подавлять любые внешние помехи, so that the electronic equipment can work normally in a specific electromagnetic environment, уменьшение электромагнитных помех самому электронному оборудованию.

1. Выбор разумной ширины провода

Since the impact interference generated by the transient current on the printed lines is mainly caused by the inductance of the printed wires, электроиндукция печатных проводов. The inductance of the printed wire is proportional to its length and inversely proportional to its width, Поэтому короткие и точные провода помогают подавлять помехи. The signal lines of clock leads, Row драйвер или шинный драйвер обычно имеет большой переходный ток, and the printed wires should be as short as possible. схема для дискретных элементов, when the printed wire width is about 1.5 мм, it can fully meet the requirements; for integrated circuits, ширина линии печати может быть выбрана между 0 и 0.2 мм и 1 мм.0mm.

2. Adopt the correct wiring strategy

The use of equal routing can reduce the wire inductance, Но усиление взаимности и распределенной емкости между проводами. If the layout permits, лучше всего использовать сетчатый монтаж. конкретный способ прокладки печатных плат горизонтально, с другой стороны горизонтально. Then connect with metallized holes at the cross holes.

3. Effectively suppress crosstalk

In order to suppress the crosstalk between the conductors of the printed circuit board, when designing the wiring, Ты должен постараться избегать длинных проводов, extend the distance between the wires as much as possible, Постарайтесь не пересекать сигнальные линии с Заземляющими и силовыми линиями. установка заземленной линии печати между линиями сигнала, очень чувствительными к помехам.

контактные пункты во избежание электромагнитного излучения

In order to avoid electromagnetic radiation generated when high-frequency signals pass through the printed wires, при соединении печатных плат следует также обратить внимание на следующие моменты:

1) сведение к минимуму разрыва между печатными линиями. например, ширина провода не должна резко изменяться, а угол провода должен быть больше 90 градусов, чтобы запретить кольцевую проводку.

(2) The clock signal lead is most likely to produce electromagnetic radiation interference. время монтажа, it should be close to the ground loop, пилот должен подойти к соединителю.

(3) водитель автобуса должен быть рядом с автобусом, за рулем. для тех, кто покидает печатную схему, привод должен быть рядом с соединителем.

(4) The wiring of the data bus should clamp a signal ground wire between every two signal wires. желательно поместить заземляющий контур рядом с самым важным адресным проводом, because the latter often carries high-frequency currents.

устранение помех от отражения

для подавления помех от отражения на конце линии печати, in addition to special needs, длина печатных схем должна быть как можно короче и должна использоваться медленная цепь. Terminal matching can be added when necessary, То есть, a matching resistor of the same resistance is added to the end of the transmission line to the ground and the power terminal. по опыту, for general faster TTL circuits, когда длина линии печати превышает 10 см, следует принимать меры по согласованию зажимов. значение сопротивления, соответствующее сопротивлению, должно определяться по максимуму тока привода и поглощающего тока на выходе из интегральной схемы.

6. при проектировании платы применяют стратегию проводки дифференциальных сигналов

очень плотная проводка разностная связь. This mutual coupling will reduce EMI emissions. Usually (of course there are some exceptions) differential signals are also high-speed signals, Поэтому правила скоростного проектирования обычно применимы. This is especially true for the routing of differential signals, особенно при проектировании линии передачи. Это означает, что мы должны тщательно спроектировать проводку сигнальной линии, чтобы обеспечить непрерывность и постоянство характеристического сопротивления линии сигнала по линии сигнала.

в процессе расположения и проводки разностной пары мы надеемся, что разница между двумя линиями PCB будет идентичной. Это означает, что в практическом применении следует приложить все усилия для обеспечения того, чтобы дифференциальные линии PCB были полностью идентичны Сопротивлению и имели одинаковую длину проводов. разностная PCB линия обычно состоит из пары проводов, и расстояние между ними остается неизменным в любом месте пути в направлении. в нормальных случаях, разностные пары размещаются и проводки всегда доступны как можно ближе.