Дизайн радиочастотных (RF) плат часто описывается как « черное искусство» из - за его теоретической неопределенности, но эта точка зрения является лишь частично правильной, и есть много руководств по проектированию PCB - плат RF, которые могут и не должны следовать забытым правилам. Однако, когда дело доходит до фактического дизайна, реальный фокус заключается в том, как идти на компромисс, когда точное осуществление этих норм и законов невозможно из - за различных ограничений дизайна.
Конечно, есть много важных тем радиочастотного дизайна, которые стоит обсудить, включая соответствие сопротивлений и импедансов, изоляционные материалы и ламинарные пластины, длины волн и стоячие волны, поэтому все это оказывает большое влияние на EMC и EMI мобильных телефонов.
Подводя итог условиям, которые должны быть выполнены при проектировании радиочастотной компоновки:
Высокомощные радиочастотные усилители (HPA) и малошумные усилители (LNA) должны быть отделены
Чтобы максимально изолировать мощные RF - усилители (HPA) и малошумные (LNA), достаточно отделить высокомощные RF - передающие схемы от маломощных RF - приемников. Телефон имеет много функций и компонентов, но PCB - панель имеет небольшое пространство, и все это требует относительно высоких навыков проектирования, учитывая ограничения процесса проектирования проводки. В этом случае может потребоваться спроектировать четырехслойную или шестислойную PCB - панель, чтобы они работали поочередно, а не одновременно. Мощные схемы могут также иногда включать RF - буферы и генераторы управления давлением (VCO). Убедитесь, что по крайней мере одно полное заземление в зоне высокой мощности на ПХБ без пробоин. Конечно, чем больше меди, тем лучше. Чувствительные аналоговые сигналы должны быть максимально удалены от высокоскоростных цифровых и RF сигналов.
Физические разделы, разделы проектирования электрических разделов можно разделить на физические и электрические разделы. Физические разделы в основном касаются размещения компонентов, направления и защиты; Электрические разделы могут по - прежнему распадаться на разделы, используемые для распределения электроэнергии, RF - маршрутов, чувствительных цепей и сигналов и заземления.
Обсуждаем физические разделы. Размещение электронных компонентов является ключом к реализации радиочастотной конструкции. Эффективная технология заключается в том, чтобы сначала закрепить компоненты, расположенные на радиочастотном пути, и настроить их направление, чтобы минимизировать длину радиочастотного пути, держать вход подальше от выхода и как можно больше отделять компоненты. Электрические и маломощные цепи. Эффективным методом укладки пластин является размещение основной плоскости заземления (основного заземления) на втором слое под поверхностным слоем и запуск как можно большего количества RF - линий на поверхностном слое. Уменьшение размера перфорации на пути RF не только снижает индуктивность пути, но и уменьшает точку гравитационной сварки на главном заземлении и уменьшает вероятность утечки энергии RF в другие области стека. В физическом пространстве линейных схем, таких как многоступенчатые усилители, обычно достаточно, чтобы изолировать несколько областей RF друг от друга, но дуплексы, смесители и усилители / смесители IF всегда имеют несколько RF / IF. Сигналы мешают друг другу, поэтому необходимо быть осторожным, чтобы свести это влияние к минимуму.
Линии следа RF и IF должны пересекаться, насколько это возможно, и заземление между ними должно быть как можно более частым. Правильный радиочастотный путь очень важен для производительности PCB в целом, поэтому размещение компонентов обычно занимает большую часть времени при проектировании PCB телефона. При проектировании платы PCB телефона схема усилителя с низким уровнем шума обычно может быть размещена на одной стороне панели PCB, мощный усилитель на другой стороне и, наконец, радиочастотный конец и базовая полоса с той же стороны могут быть подключены к дуплексу. На антенне устройства. Требуются некоторые навыки, чтобы убедиться, что сквозное отверстие не перемещает радиочастотную энергию с одной стороны платы на другую, и обычная технология заключается в использовании слепых отверстий с обеих сторон. Вредные эффекты сквозных отверстий можно минимизировать, разместив сквозные отверстия в районах без РЧ - помех по обе стороны пластины PCB. Иногда невозможно обеспечить адекватную изоляцию между несколькими блоками, и в этом случае необходимо рассмотреть возможность использования металлических экранов для защиты энергии РЧ в области РЧ. Металлический щит должен быть сварен на земле и должен быть вдали от деталей. Надлежащее расстояние, которое занимает ценное пространство PCB - панели.
По возможности важно обеспечить целостность экрана. Цифровая сигнальная линия, входящая в металлический экран, должна, насколько это возможно, идти к внутреннему слою, а пластина PCB под кабельным слоем является заземленным слоем. Сигнальные линии RF могут выводиться из небольшого зазора в нижней части металлического экрана и слоя проводки в зазоре заземления, но вокруг зазора должно быть распределено как можно больше заземления, заземление на разных слоях может быть соединено несколькими перфорациями.
Надлежащая и эффективная развязка мощности чипа также очень важна. Многие RF - чипы с интегрированными линейными линиями очень чувствительны к шуму от источника питания, и обычно для каждого чипа требуется до четырех конденсаторов и один изолированный индуктор, чтобы обеспечить фильтрацию всего шума от источника питания. Интегрированные схемы или усилители, как правило, имеют выход с открытой утечкой, поэтому требуется верхний натяжной индуктор для обеспечения высокого сопротивления RF - нагрузки и низкого сопротивления DC - питания. Этот же принцип применим к развязке источника питания на стороне индуктора. Некоторые чипы требуют несколько источников питания для работы, поэтому вам может потребоваться два или три набора конденсаторов и индукторов для их развязки отдельно, а индукторы редко подключаются параллельно, потому что это создает полые трансформаторы и создает помехи сигналам друг друга, поэтому расстояние между ними должно быть по крайней мере высотой одного из устройств, или они должны быть расположены под прямым углом, чтобы уменьшить взаимность.
Принцип электрического зонирования обычно такой же, как и физический, но он также включает в себя ряд других факторов. Некоторые части телефона работают при разных напряжениях и управляются программным обеспечением, чтобы продлить срок службы батареи. Это означает, что телефон должен работать на нескольких источниках питания, что создает больше проблем с изоляцией. Источники питания обычно вводятся в разъем и немедленно развязываются перед распределением через набор переключателей или регуляторов напряжения, чтобы отфильтровать любой шум за пределами панели. Большинство схем на ПХБ мобильного телефона имеют довольно небольшой ток постоянного тока, поэтому ширина линии следа обычно не является проблемой, однако для питания мощного усилителя должна работать как можно более широкая отдельная линия высокого тока, чтобы свести к минимуму падение напряжения передачи. Чтобы избежать чрезмерной потери тока, требуется несколько отверстий для передачи тока из одного слоя в другой. Кроме того, если мощный усилитель не полностью развязан в его источнике питания, шум высокой мощности излучает всю пластину и вызывает различные проблемы. Заземление мощных усилителей имеет решающее значение и часто требует металлических экранов. В большинстве случаев также важно обеспечить, чтобы выход RF был удален от ввода RF. Это также относится к усилителям, буферам и фильтрам.
В худшем случае, если выход усилителя и буфера возвращается на входной конец с соответствующей фазой и амплитудой, они могут самовозбуждаться. В любом случае они будут стабильно работать при любой температуре и напряжении. На самом деле, они могут стать нестабильными и добавлять шум и сигналы взаимной настройки к сигналам RF. Если сигнальная линия RF должна вернуться от входного конца фильтра к выходному, это может серьезно повредить полосовые характеристики фильтра. Для обеспечения хорошей изоляции между входом и выходом, во - первых, заземление должно быть размещено вокруг фильтра, а во - вторых, заземление должно быть размещено в нижней части фильтра и соединено с основным заземлением вокруг фильтра. Это также хорошая идея, что сигнальная линия, которая должна проходить через фильтр, должна быть как можно дальше от его выводов. Кроме того, будьте осторожны с заземлением по всей панели, иначе будет введен канал связи. Иногда можно выбрать однополюсные или сбалансированные линии радиочастотного сигнала, к которым применяются те же принципы, что и к перекрестным помехам и EMC / EMI. При правильной проводке сбалансированные линии сигналов RF могут уменьшить шум и перекрестные помехи, но их сопротивление обычно высокое, и они должны поддерживать разумную ширину линии, чтобы получить сопротивление, соответствующее источнику, маршруту следования и нагрузке.
Реальная проводка может быть сопряжена с определенными трудностями. Буфер может быть использован для улучшения изоляции, так как он может разделить один и тот же сигнал на две части и использовать его для управления различными схемами, особенно когда LO может потребоваться буфер для управления несколькими смесителями. Когда смеситель достигает конформной изоляции на радиочастотной частоте, он не будет работать должным образом. Буфер хорошо изолирует изменения сопротивления на разных частотах, чтобы схемы не мешали друг другу. Буферы очень полезны при проектировании, они могут быть размещены за цепью, требующей привода, так что линия выхода высокой мощности коротка, поскольку уровень входного сигнала буфера относительно низок, поэтому они не уязвимы для других схем на панели. Схема вызывает помехи.
Генераторы с управлением давлением (VCO) преобразуют изменяющееся напряжение в изменяющуюся частоту, функцию, используемую для высокоскоростного переключения каналов, но они также преобразуют небольшое количество шума на управляющем напряжении в небольшие изменения частоты, которые увеличивают шум RF - сигнала.
Для обеспечения того, чтобы шум не добавлялся, необходимо учитывать следующее: во - первых, требуемая полоса пропускания линии управления может находиться между DC и 2 МГц, и фильтрация в такой широкой полосе частот для устранения шума практически невозможна; Во - вторых, контрольная линия VCO обычно является частью контура обратной связи, которая контролирует частоту, как это часто бывает во многих случаях. Шум может быть повсюду, поэтому линия управления VCO должна обрабатываться очень осторожно. Убедитесь, что заземление под линией следа RF является сплошным и что все компоненты прочно связаны с основным заземлением и изолированы от других линий следа, которые могут вводить шум. Кроме того, убедитесь, что источник питания VCO полностью развязан, так как RF - выход VCO часто является относительно высоким уровнем, а выходной сигнал VCO может легко мешать другим схемам, поэтому особое внимание следует уделять VCO.
На самом деле, VCO обычно размещается в конце области RF, и иногда ему требуется металлическая защита. Резонансные схемы (одна для передатчиков, другая для приемников) связаны с VCO, но также имеют свои собственные характеристики. Проще говоря, резонансная схема представляет собой параллельную резонансную схему с конденсаторным диодом, которая помогает настроить рабочую частоту VCO и модулировать речь или данные на RF - сигнал. Все принципы проектирования VCO одинаково применимы к резонансным схемам. резонансные схемы, как правило, очень чувствительны к шуму, потому что их компоненты имеют значительное количество, широко распределены по панелям и обычно работают на очень высоких частотах RF. Сигналы обычно расположены на соседних выводах чипа, но эти сигнальные выводы должны работать с относительно большими датчиками и конденсаторами, что, в свою очередь, требует, чтобы эти датчики были плотно размещены с конденсаторами и подключены к контурам управления чувствительностью к шуму. Сделать это будет нелегко. Автоматический усилитель управления усилением (AGC) также является проблематичным местом, и усилитель AGC будет присутствовать как в передающей, так и в приемной цепях.
Усилители AGC, как правило, эффективно фильтруют шум, но поскольку мобильные телефоны могут обрабатывать быстрые изменения интенсивности передаваемого и принимающего сигнала, схемы AGC должны иметь довольно широкую полосу пропускания, что облегчает внедрение усилителей AGC на шумы некоторых ключевых цепей. При проектировании линий AGC необходимо следовать хорошей технологии проектирования аналоговых схем, связанной с очень короткими входными выводами операционных усилителей и очень короткими путями обратной связи, которые должны быть удалены от RF, IF или высокоскоростных цифровых сигналов.
Кроме того, необходимо хорошее заземление, и питание чипа должно быть хорошо развязано. Если вы должны подключить длинный провод на входном или выходном конце, то на выходе его сопротивление обычно намного ниже и не может легко генерировать индуктивный шум. Как правило, чем выше уровень сигнала, тем легче вводить шум в другие схемы. Во всех конструкциях PCB общим принципом является максимальное удаление цифровых схем от аналоговых схем, что также применимо к RF PCB. Обычное аналоговое заземление, как правило, так же важно, как и заземление, используемое для защиты и изоляции сигнальных линий, поэтому на ранних этапах проектирования важно тщательно спланировать, продумать размещение компонентов и тщательно разместить * оценку. Аналогичным образом, радиочастота должна быть линией, которая должна быть удалена от аналоговых линий и некоторых очень важных цифровых сигналов. Все радиочастотные линии, сварочные диски и компоненты должны быть как можно более заполнены заземленной медью и, насколько это возможно, соединены с основным заземлением. Если RF - след должен проходить через сигнальную линию, попробуйте провести один слой вдоль линии RF - следа между ними, чтобы подключиться к заземлению основного заземления. Если это невозможно, убедитесь, что они пересекаются, чтобы свести к минимуму конденсаторную связь и заземлеть как можно больше вокруг каждой линии следа RF, а затем подключить их к главному заземлению. Кроме того, уменьшение расстояния между параллельными трассами RF может уменьшить индуктивную связь. Твердая монолитная плоскость заземления размещается непосредственно под поверхностным слоем и имеет изоляционный эффект, хотя и с небольшим дизайном, другие методы также применяются. На каждом слое пластины PCB прокладывается как можно больше заземления и соединяется с основным заземлением. Поставьте линию следа как можно ближе, чтобы увеличить количество сварных дисков на внутреннем сигнале и распределительном слое, а также отрегулируйте линию следа, чтобы можно было подключить заземленную проводку через отверстие к изолированному сварному диску на поверхности. Следует избегать свободного заземления слоев PCB, поскольку они могут собирать или вводить шум, как небольшие антенны. В большинстве случаев они могут быть удалены, если их невозможно подключить к основному заземлению.
При проектировании PCB - панели мобильного телефона следует обратить внимание на несколько аспектов обработки источника питания и заземления, даже если проводка на всей пластине PCB выполнена хорошо, но помехи, вызванные непродуманным питанием и заземлением, могут снизить производительность продукта, а иногда и повлиять на его мощность. Поэтому следует серьезно относиться к проводам питания и заземления, чтобы свести к минимуму шумовые помехи, создаваемые источником питания и заземлением, чтобы обеспечить качество продукции. Для каждого инженера, занимающегося проектированием электроники, причины шума между линией и линией электропитания были понятны и теперь выражают только уменьшенное подавление шума: (1) Хорошо известно, что между источником питания и линией электропередач добавлены развязывающие конденсаторы. (2) Максимально расширить ширину источника питания и заземления. Заземление шире линии электропитания. 0,05½ 0,07мм, линия электропитания - 1,2½ 2,5мм. Для PCB - панелей цифровых схем для формирования контура может использоваться широкая линия заземления, то есть сеть заземления может быть использована (заземление аналоговой схемы не может быть использовано таким образом) (3) с использованием большой площади медного слоя в качестве заземления и подключения неиспользованных мест на печатной плате к земле в качестве заземления. Или сделать многослойную пластину, источник питания, наземные линии занимают каждый слой.
Универсальная обработка заземления цифровых и аналоговых схем теперь имеет много плат PCB, которые больше не являются отдельными функциональными схемами (цифровыми или аналоговыми схемами), а состоят из комбинации цифровых и аналоговых схем. Поэтому при проводке необходимо учитывать взаимные помехи между ними, особенно шумовые помехи от наземных линий. Цифровые схемы имеют высокую частоту и сильную чувствительность аналоговых схем. Для сигнальных линий высокочастотные сигнальные линии должны быть как можно дальше удалены от чувствительных аналоговых схем. Для наземных линий вся пластина PCB имеет только один узел с внешним миром. Таким образом, проблемы цифрового и аналогового общего заземления должны решаться внутри панели PCB, в то время как цифровое заземление и аналоговое заземление фактически отделены внутри панели, и они не связаны друг с другом, а только в интерфейсе между панелью PCB и внешним миром (например, разъем). Ожидание Цифровое заземление немного коротко замыкается на аналоговом заземлении, обратите внимание, что есть только одна точка соединения. Платы PCB также имеют разные заземления, в зависимости от конструкции системы.
Маршрутизация сигнальной линии в электрическом (заземленном) слое в проводке многослойной печатной пластины, так как в слое сигнальной линии осталось мало линий, добавление большего количества слоев приведет к отходам, увеличит производственную нагрузку, стоимость будет соответственно увеличена. Чтобы разрешить это противоречие, мы можем рассмотреть возможность проводки в электрическом (заземленном) слое. Сначала следует рассмотреть плоскость питания, а затем плоскость заземления. Потому что целостность пласта защищена.
Обработка соединительных ног в крупномасштабных проводниках в широком заземлении (электричестве), с которым обычно соединяются ноги частей, требует комплексного рассмотрения работы соединительных ног. Сварка и сборка деталей имеют некоторые скрытые опасности, такие как: 1. Для сварки требуется мощный нагреватель. 2.Легко возникает ложная сварка. Поэтому, учитывая электрические свойства и технологические потребности, была изготовлена крестообразная прокладка, известная как теплоизоляционная пластина, широко известная как тепловая прокладка. Сексуальная жизнь значительно сократилась. Электрические (заземленные) ветви многослойных пластин обрабатываются таким же образом.
Роль сетевой системы в проводке Во многих системах CAD проводка определяется сетевой системой. Если сетка слишком плотная, несмотря на увеличение количества каналов, но слишком малые шаги и слишком большой объем данных в области изображений, это неизбежно будет иметь более высокие требования к пространству хранения устройства и повлияет на скорость вычислений компьютерной электроники. Последствия колоссальные. Некоторые перфорации являются недействительными, например, перфорации, занятые сварным диском на ногах элемента, или перфорации, занятые монтажными и фиксированными отверстиями, являются недействительными. Слишком разреженная сетка и слишком мало каналов оказывают большое влияние на скорость распределения. Поэтому для поддержки проводки необходима система сетки с разумной плотностью. Расстояние между выводами стандартных элементов составляет 0,1 дюйма (2,54 мм), поэтому основа сеточной системы обычно устанавливается в целое число раз 0,1 дюйма или менее 0,1 дюйма, например: 0,05 дюйма, 0025 дюйма, 0,02 дюйма и т. д.
Высокопроизводительные изоляционные платы должны строго контролироваться по классам с использованием значений изоляции. Этот метод облегчает эффективное управление электромагнитным полем между изоляционным материалом и соседней проводкой.
Для достижения высокоточного травления необходимо улучшить спецификации проектирования PCB - панелей. Рассмотрим общую ошибку, указанную в ширине сети + / - 0.0007 дюйма, управляйте нижним срезом и поперечным сечением формы проводки и определяйте условия покрытия боковых стенок проводки. Всестороннее управление геометрией проводки (проводника) и поверхностью покрытия имеет важное значение для решения проблемы скинхронных эффектов, связанных с микроволновыми частотами, и реализации этих норм.
Выдающиеся провода имеют индуктивность отвода, поэтому избегайте использования элементов с выводами. Для высокочастотной среды используйте поверхность для установки компонентов.
При перфорации сигнала избегайте использования процесса перфорации (pth) на чувствительной пластине, поскольку этот процесс приведет к индуктивности выводов на перфорации.
Обеспечивает богатый горизонт. Модульные перфорации используются для соединения этих плоскостей заземления, чтобы предотвратить влияние 3D - электромагнитного поля на пластину.
Чтобы выбрать химический процесс никелирования или золочения, не используйте метод HASL для гальванического покрытия. Эта поверхность покрытия обеспечивает лучший кожный эффект для высокочастотного тока (рисунок 2). Кроме того, это высокосварное покрытие требует меньшего количества свинца, что помогает уменьшить загрязнение окружающей среды.
Защитная пленка предотвращает поток паяльной пасты. Однако из - за неопределенности толщины и неизвестных изоляционных свойств покрытие всей поверхности сварной маски материалом приведет к огромным изменениям в электромагнитной энергии в микрополосной конструкции. Плотина обычно используется в качестве сварочной маски. Электромагнитное поле. В этом случае мы управляем преобразованием между микрополосами и коаксиальными кабелями. В коаксиальных кабелях плоскость заземления переплетается в кольца и равномерно распределена. В микрополосе плоскость заземления находится ниже активной линии. Это вводит некоторые периферийные эффекты, которые необходимо понимать, прогнозировать и учитывать при проектировании. Конечно, это несоответствие также может привести к потере эха, которая должна быть уменьшена, чтобы избежать шума и помех сигнала. 5 Электромагнитная совместимость - это способность электронного оборудования работать гармонично и эффективно в различных электромагнитных средах. Электромагнитная совместимость предназначена для того, чтобы электронные устройства могли подавлять различные внешние помехи, позволяя им нормально работать в определенной электромагнитной среде, одновременно уменьшая электромагнитные помехи от самих электронных устройств другим электронным устройствам.
Выбор разумной ширины провода Поскольку импульсные помехи, создаваемые переходным током для печатного провода, в основном вызваны индуктивным компонентом печатного провода, коэффициент индукции печатного провода должен быть сведен к минимуму. Чувствительность печатного провода пропорциональна его длине и обратно пропорциональна ширине, поэтому короткий и точный провод помогает подавлять помехи. Сигнальные линии трассировки часов, проводов или шинных приводов обычно несут большой переходный ток, и след должен быть как можно короче. Для схем с дискретными элементами требования могут быть полностью выполнены, когда ширина печатного провода составляет около 1,5 мм; Для ИС ширина печатного провода может быть выбрана между 0,2 и 1,0 мм.
Использование равной проводки с правильной стратегией проводки может снизить индуктивность провода, но взаимная индуктивность и распределенная емкость между проводами увеличиваются. Если макет позволяет, используйте сетчатую сетчатую кабельную структуру. Конкретный метод заключается в горизонтальной проводке на одной стороне печатной платы и вертикальной проводке на другой. Перекрестные отверстия соединяются металлическими отверстиями.
Для подавления последовательных помех между проводниками печатной пластины проводка должна быть сконструирована таким образом, чтобы избегать, насколько это возможно, длинных и равных проводов, а расстояние между линиями должно быть как можно шире, а сигнальные, наземные и силовые линии должны быть как можно менее пересекающимися. Установка линии заземления между некоторыми сигнальными линиями, которые очень чувствительны к помехам, может эффективно подавлять последовательные помехи.
Чтобы избежать электромагнитного излучения при прохождении высокочастотных сигналов через печатные линии, при монтаже печатных плат следует также обратить внимание на следующие моменты: (1) Сведение к минимуму разрыва печатного провода, например, ширина провода не должна внезапно меняться, угол провода должен быть больше 90 градусов, кольцевая проводка запрещена. (2) Вывод часового сигнала уязвим для помех электромагнитного излучения. Провод должен быть ближе к контуру заземления, а привод должен быть ближе к разъему. (3) Водитель автобуса должен быть рядом с автобусом, которым он хочет управлять. Для проводов, которые покидают печатную плату, привод должен быть рядом с разъемом. (4) Линия шины данных должна быть соединена сигнальной линией между двумя сигнальными линиями. Контур заземления помещается рядом с несущественным адресным проводом, поскольку последний обычно несет высокочастотный ток. (5) При размещении высокоскоростных, среднескоростных и низкоскоростных логических схем на печатной плате.
Для подавления отраженных помех, возникающих в конце печатной линии, длина печатной линии должна быть максимально сокращена, за исключением особых потребностей, и должны использоваться медленные схемы. При необходимости может быть увеличено совпадение зажимов, то есть в конце линии передачи может быть добавлен соответствующий резистор с тем же сопротивлением для заземления и конца питания. По опыту, для обычно более быстрых схем TTL, когда длина печатной линии превышает 10 см, должны быть приняты меры по согласованию зажимов. Сопротивление соответствующего резистора должно определяться на основе выходного приводного тока и поглощающего тока интегральной схемы. Эта взаимосвязь уменьшает эмиссию EMI. Обычно (за некоторыми исключениями) дифференциальные сигналы также являются высокоскоростными сигналами, поэтому обычно применяются правила высокоскоростного проектирования. Это особенно касается проводки дифференциальных сигналов, особенно при проектировании линий передачи сигналов. Это означает, что мы должны очень тщательно спроектировать проводку сигнальной линии, чтобы гарантировать, что характеристическое сопротивление сигнальной линии является непрерывным и постоянным по всей линии сигнала.
В процессе компоновки и проводки дифференциальных пар мы хотим, чтобы две линии PCB в дифференциальных парах были идентичны. Это означает, что на практике необходимо приложить все усилия для обеспечения того, чтобы линия следа PCB в дифференциальной паре имела точно такое же сопротивление, а линия следа имела одинаковую длину. Следовые линии дифференциальных радиочастотных плат, как правило, всегда спаренны, и расстояние между ними остается неизменным в любом месте в правильном направлении.