PCB Блог - как установить радиочастотные и Цифровые схемы на панелях PCB

They can be integrated on a small PCB board and are used in wireless digital audio, система передачи цифровых видеоданных, радиотелеметрическая система, система сбора радиоданных, Беспроводная сеть и системы беспроводной безопасности, а также многие другие области.The single-chip radio frequency device greatly facilitates the application in the field of wireless communication within a certain range, Кроме того, можно создать полную сеть беспроводной связи следующим образом:.

1. Potential conflicts between digital circuits and analog circuits
If the analog circuit (RF) and the digital circuit (microcontroller) work separately, Они могут пригодиться, but once they are placed on the same board and run from the same power supply, Вся система может быть неустойчивой . This is mainly because the digital signal frequently swings between the ground and the positive power supply (3 V in size), и очень короткое время, обычно на уровне ns. из - за больших амплитуд и меньшего времени переключения, these digital signals contain a large number of high-frequency components that are independent of the switching frequency. аналоговый блок, the signal transmitted from the antenna tuning loop to the receiving part of the wireless device is generally less than 1μV. So the difference between the digital signal and the RF signal will be 10-6 (120 dB). Obviously, если цифровой сигнал не сильно отделен от радиочастотного сигнала, the weak radio frequency signal may be damaged, Поэтому рабочие характеристики беспроводного оборудования будут ухудшаться, даже работать не могу.

2. Common problems with RF circuits and digital circuits on the same PCB
Insufficient isolation of sensitive and noisy signal lines is a common problem. Как указывалось выше, digital signals have high swings and contain a lot of high frequency harmonics. Если цифровая сигнальная проводка на PCB граничит с чувствительным аналоговым сигналом, high frequency harmonics may couple through. Sensitive nodes of RF devices are usually the phase-locked loop (PLL) loop filter circuit, external voltage-controlled oscillator (VCO) inductance, опорный кристалл и антенный зажим, and these parts of the circuit should be handled with special care.

(1) Power supply noise
Since the input/колебание выходного сигнала в нескольких вольтах, digital circuits are generally acceptable for power supply noise (less than 50 mV). аналоговый контур, on the other hand, очень чувствительный к шуму источника, особенно напряжение малой неисправности и другие высокочастотные гармоники. Therefore, the routing of power lines on PCB containing RF (or other analog) circuits must be done more carefully than on ordinary digital boards, Следует избегать автоматической маршрутизации. It should also be noted that a microcontroller (or other digital circuit) will suddenly draw most of the current for a short period of time during each internal clock cycle, Потому что современные Микроконтроллеры разработаны в технологии CMOS. Therefore, Предположим, микроконтроллер работает на частоте 1 МГц, it will draw (pulse) current from the power supply at this frequency, если не будет осуществлена надлежащая развязка электропитания, это неизбежно приведет к неисправности напряжения на линии электропитания. If these voltage glitches reach the power pins of the RF part of the circuit, Это может привести к серьезной неудаче в работе, so it must be ensured that the analog power lines are separated from the digital circuit area.

(2) Unreasonable ground wire
RF circuit boards should always have a ground plane connected to the negative side of the power supply, which can cause some strange behavior if not handled properly. Это может быть трудно понять конструктору цифровых схем, потому что большинство цифровых схем работают нормально, даже если они не соприкасаются с пластом. в диапазоне радиочастот, even a very short wire can act like an inductance. грубый расчет, индуктивность на миллиметр длины около 1 н, and the inductance of a 10 mm PCB line at 434 MHz is about 27 Ω. самолет без земли, most ground lines will be long and the circuit will not be able to guarantee the design characteristics.

(3) Radiation from the antenna to other analog parts
In circuits containing RF and other parts, this is often overlooked. исключая радиочастотную часть, there are usually other analog circuits on the board. например, many microcontrollers have built-in analog-to-digital converters (ADCs) for measuring analog inputs as well as battery voltage or other parameters. If the RF transmitter's antenna is located near (or on) this PCB, the emitted high-frequency signal may reach the ADC's analog input. не забывайте, что любой провод может посылать или получать радиочастотный сигнал, как антенна.. если ошибка при вводе ADC, the RF signal may self-excite in the ESD diode of the ADC input, вызывать дрейф ADC.

3. Solution A with RF circuit and digital circuit on the same PCB
Some general design and routing strategies in most RF applications are given below. Однако, it is more important to follow the routing recommendations for RF devices in real-world applications.

(1) A reliable ground plane
When designing a PCB with RF components, a reliable ground plane should always be used. Его цель заключается в том, чтобы создать эффективную нулевую потенциальную точку в цепи, allowing easy decoupling of all devices. 0 - V зажим питания должен быть соединен непосредственно с этим пластом. Due to the low impedance of the ground plane, связь между развязанными двумя узлами не будет. Это очень важно, так как амплитуда нескольких сигналов на платы может отличаться от 120dB. On a surface-mount PCB, Все сигнальные провода расположены на одной стороне от монтажной поверхности узла, and the ground plane is on the opposite side. The ideal ground plane should cover the entire PCB (except under the antenna PCB). если используется двухслойный PCB, the ground layer should be placed on the layer adjacent to the signal layer (such as the next layer on the component side). другой хороший способ заполнить пробел в маршрутном слое сигнала плоскостью земли, необходимо подключиться к главному пласту через несколько отверстий. Следует отметить, что наличие места приземления может привести к изменению характеристик индуктивности вблизи места приземления, необходимо тщательно рассмотреть выбор значений индуктивности и расположение индуктивности.

(2) Shorten the connection distance to the ground layer
All 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. нельзя пропускать два заземленных сигнала, из - за сопротивлений с проходным отверстием это может привести к последовательному возмущению между двумя паяльными тарелками.

(3) RF decoupling
Decoupling capacitors should be placed as close to the pins as possible, каждый требующий развязки. Using high quality ceramic capacitors, тип диска - NPO, "X7R" will also work well in most applications. Необходимо выбрать желаемое значение емкости, чтобы последовательный резонанс был равен частоте сигнала. например, at 434 MHz, конденсатор 100 pf, установленный на SMD, может работать хорошо. на этой частоте, ёмкостное сопротивление конденсатора около 4: 00, and the inductive reactance of the via is in the same range. фильтр фильтра волны с последовательным формированием частоты сигнала конденсатором и сквозным отверстием, осуществлять эффективное расцепление. At 868 MHz, 33 pf конденсатор идеальный выбор. маломасштабный конденсатор, кроме используемого для радиочастотной развязки, a large value capacitor should also be placed on the power line to decouple low frequencies. выбрать один из двух.2 μF ceramic or 10 μF tantalum capacitor.

(4) Star wiring of power supply
Star wiring is a well-known trick in analog circuit design. соединение в Звездной форме - каждый модуль на платы имеет свои собственные линии электропитания, подключенные от точки общественного питания. В таком случае, star routing means that the digital and RF parts of the circuit should have their own power supply lines that should be decoupled separately close to the IC. This is a spacer from a number
Partial and efficient approach to power supply noise from the RF part. If a module with severe noise is placed on the same circuit board, an inductor (magnetic bead) or a small-value resistor (10 Ω) can be connected in series between the power line and the module, and a tantalum capacitor of at least 10 μF must be used for these. развязка питания модуля. Such modules are RS 232 drivers or switching power regulators.

(5) Reasonable arrangement of PCB board layout
In order to reduce the interference from the noise module and the surrounding analog parts, the layout of each circuit module on the board is important. Sensitive modules (RF section and antenna) should always be kept away from noisy modules (microcontroller and RS 232 driver) to avoid interference.

(6) Shield the influence of RF signal on other analog parts
As mentioned above, радиочастотный сигнал при передаче может создавать помехи другим чувствительным аналоговым схемам, таким как ADC. Most problems occur in lower operating frequency bands (eg 27 MHz) and high power output levels. It is a good design practice to decouple sensitive points with RF decoupling capacitors (100p F) connected to ground.

(7) Special Considerations for On-Board Loop Antennas
The antenna can be made on the PCB as a whole. по сравнению с традиционной бичевой антенной, it not only saves space and production cost, Более стабильная и надежная структура. Conventionally, кольцевая антенна предназначена для относительно узкой полосы пропускания, which help suppress unwanted strong signals from interfering with the receiver. It should be noted that loop antennas (like all other antennas) may receive noise capacitively coupled from nearby noisy signal lines. Это может повлиять на частоту приемника, а также может повлиять на модуляцию передатчика. Therefore, цифровая сигнальная линия не может быть расположена вблизи антенны, and it is recommended to keep free space around the antenna. любая вещь, близкая к антенне, станет частью настройки сети, causing the antenna to tune away from the intended frequency, reducing the transmit and receive radiation range (distance). This fact must be noted for all types of antennas, the enclosure (peripheral packaging) of the circuit board may also affect the antenna tuning. одновременно, attention should be paid to removing the ground plane at the antenna area, Иначе антенна не сможет работать.


4 Conclusion
The rapidly developing radio frequency integrated circuits provide the possibility for engineers and technicians engaged in the design of wireless digital audio and video data transmission systems, телеуправление по радио, telemetry systems, wireless data acquisition systems, wireless networks and wireless security systems to solve the bottleneck of wireless applications. . одновременно, the design of RF circuits requires designers to have certain practical experience and engineering PCB board design capabilities.