Технология PCBA - функциональное проектирование печатных плат на основе модуля радиочастотных переключателей

With the printed circuit boards of modern wireless communication systems, mobile communication, радиолокатор, satellite communication and other communication systems have higher requirements on the switching speed, мощность, integration, сорт. The VXI bus module of the special requirements of the party is of great significance. мы будем использовать идеи виртуальных приборов для реализации аппаратных схем в виде программного обеспечения. The RF switch designed below can be directly controlled by the computer and can be easily connected with the VXI bus test system. интеграция и оптимизация компьютерных и микроэлектронных технологий в области современных испытаний открывает широкие перспективы для развития.

1. Design and implementation of VXI bus interface circuit
VXIbus is an extension of VMEbus in the field of instrumentation and is a computer-operated modular automatic instrumentation system. Он опирается на эффективную стандартизацию и внедряет модульный подход к программированию, generalization, взаимозаменяемость и интероперабельность прибора шины VXI. Its open architecture and Plug&Play method fully meet the requirements of information products. Он обладает преимуществом быстрой передачи данных, компактность конструкции, flexible configuration, Хорошая электромагнитная совместимость, сорт., Поэтому настройки и использование системы очень удобны, and its application is more and more extensive, и постепенно превращается в высокопроизводительную комплексную систему проверки шины.

VXI bus is a completely open, правила шины, применимые к модульным приборам - изготовителям. устройство VXI шины разделено на: устройство на основе регистра, устройство на основе сообщений и память. The current proportion of register-based devices in applications (about 70%). схема интерфейса, основанная на регистре шины VXI, состоит из четырех частей: буферный драйвер шины, схема декодирования, режим передачи данных, набор регистров конфигурации и операций. In the four parts, буферный драйвер шины реализован кристаллом 74ALS245, the rest are realized by FPGA. использование FLEX10K чипов EPF10K10QC208 - 3 и EPROM чипов EPC441P8, use the corresponding software MAX+PLUS2 to design and implement.

1.1 Bus buffer driver
This part completes the buffer receiving or driving of the data lines, адрес и контрольная линия в шине обратной платы VXI для выполнения требований стандартного сигнала VXI. A16/устройство D16, драйвер D00 ~ D15. по спецификации шины VXI, this part is implemented with two 74LS245s, and is gated with DBEN* (generated by the data transmission response state machine).

1.2 Addressing and Decoding Circuits
The addressing lines include address lines A01-A31, линия пропускания данных DS0 ** and DS1*, and long word lines LWORD*. The control lines include address strobe lines AS* and read/запись линии сигнала*. The design of this circuit adopts the schematic design method of MAX+PLUS II. проектирование с использованием существующих компонентов, использовать два экземпляра 74688 и один шт 74138. The function module decodes the address lines A15-A01 and the address modification lines AM5-AM0. когда устройство адресуется, it receives the address information on the address line and the address modification line, и сравнить его с логическим адресом LA7 ~ LA0 в модулях. If the logical value on AM5~AM0 is 29H or 2DH (Because it is an A16/D16 device), если строка адреса A15 и A14 являются строками% 1, and the logical value on A13-A06 is equal to the logical address of the module, the device is addressed and strobe (CADDR* is true). Then the result is sent to the lower decoding control, для декодирования адреса A01 - A05 выберите 16 - битный адресный регистр модуля.

1.3 Data transmission response state machine
Data transmission bus is a group of high-speed asynchronous parallel data transmission bus, Она является основным компонентом обмена информацией в системе VMEBus. сигнальная линия шины передачи данных может быть разделена на три группы: линия адресации, data lines, контрольная линия. The design of this part adopts the text input design method of MAX+PLUS2. Since the timing of DTACK* is more complicated, AHDL language is used to design and realize through state machine. модуль настройки сигналов управления на обратной панели VXI, and provides timing and control signals for the standard data transmission cycle (generating the data transmission enable signal DBEN*, the bus response signal DTACK* required for data transmission, сорт.). в процессе передачи данных, системный контроллер сначала адресует модуль, and sets the corresponding address strobe lines AS*, data strobe lines DS0*, DS1*, and WRITE* signal lines that control the direction of data transmission to valid level. When the module detects that the address matches and each control line is valid, it drives DTACK* to a low level to confirm to the bus controller that the data has been placed on the data bus (read cycle) or that data has been successfully received (write cycle). ).

1.4 Configuration Register
Each VXI bus device has a set of "configuration registers", главный контроллер системы получает основную информацию о конфигурации устройства VXI шины, прочитав содержимое этих регистров, тип устройства, макет, manufacturer, address space (A16, A24, A32) and the required storage space, сорт. The basic configuration registers of VXI bus devices are: identification register, регистр типа устройства, status register, регистр управления и. The design of this part of the circuit adopts the schematic diagram design method of MAX+PLUS II, использовать 74541 чип, the function module created by it. удостоверение личности, DT, регистр ST - это регистр только для чтения, and the control register is a write-only register. в этом проекте, the VXI bus is mainly used to control the on-off of these switches. поэтому, as long as data is written to the channel register, состояние отключения или отключения реле управления. состояние релейного запроса также будет считываться из регистра канала. data. по проектным требованиям модуля, appropriate content is written in each corresponding data bit, эффективное управление радиочастотными переключателями функционального модуля.

2. Design of module functional circuit PCB board
Each VXI bus device has a set of "configuration registers", главный контроллер системы получает основную информацию о конфигурации устройства VXI шины, прочитав содержимое этих регистров, such as device type, макет, manufacturer, address space (A16, A24, A32) and the required storage space, etc. диапазон частот радиочастотных схем составляет от 10khz до 300GHz. As the frequency increases, радиочастотные схемы обладают свойствами, отличными от низкочастотных и прямоточных схем. поэтому, when designing the PCB board of the RF circuit, особое внимание необходимо уделять влиянию радиосигналов на панелей PCB. канал радиочастотного переключателя управляется шиной VXI. In order to reduce interference in the design, кабели для подключения шины интерфейс и функциональная схема переключателя RF. Ниже представлены основные характеристики схемы радиочастотного переключателя PCB.

2.1 Layout of components
Electromagnetic compatibility (EMC) refers to the ability of an electronic system to function

normally in a specified electromagnetic environment as designed. For RF circuit PCB design, электромагнитная совместимость требует, чтобы каждый модуль цепи не производил, насколько это возможно, электромагнитное излучение, and has a certain ability to resist electromagnetic interference. компоновка элементов непосредственно влияет на способность самой цепи к помехам и помехоустойчивости. It also directly affects the performance of the designed circuit.

Общие принципы компоновки: компоненты должны, насколько это возможно, размещаться в одном направлении, and the phenomenon of poor soldering can be reduced or even avoided by selecting the direction in which the PCB enters the tin melting system; the spacing between components must be at least 0.5мм, чтобы удовлетворить требования по расплавленному олову сборки, разрешить пространство на панели PCB, расстояние между компонентами должно быть максимально широким. рациональная компоновка элементов также является предпосылкой разумной проводки, so it should be думатьed comprehensively. в этом проекте, the relay is the channel used to convert the RF signal, Поэтому реле должно быть как можно ближе к входу и выходу сигнала, so as to shorten the length of the RF signal line as much as possible, сделать разумную проводку для следующего шага. consider. In addition, канал радиочастотного переключателя управляется шиной VXI, and the influence of the RF signal on the VXI bus control signal is also a problem that must be considered during layout.

2.2 Wiring
After the layout of the components is basically completed, подключение должно быть запущено. The basic principle of wiring is: when the assembly density permits, проектирование монтажа с минимальной плотностью, траектория траэтория сигнала должна быть максимально толстой, which is conducive to impedance matching. канал для радиочастот, неразумное проектирование направления, ширина линии сигнала и расстояние между линиями могут вызвать перекрестные помехи между линиями передачи сигналов; Кроме того, the system power supply itself also has noise interference, Поэтому при проектировании радиочастотных схем PCB необходимо учитывать это. рациональная проводка. When wiring, all traces should be kept away from the frame of the PCB board (about 2mm), во избежание возможности отключения или потенциального отключения в процессе производства панелей PCB. The power line should be as wide as possible to reduce the loop resistance. одновременно, the direction of the power line and the ground line should be consistent with the direction of data transmission to improve the anti-interference ability. сигнальная линия должна быть как можно короче, количество отверстий должно быть сведено к минимуму; подключение между компонентами должно быть как можно более коротким, чтобы уменьшить параметры распределения и взаимные электромагнитные помехи; Несовместимая сигнальная линия, Они должны постараться держаться подальше друг от друга.., and try to avoid parallel wiring, линии сигнализации должны быть перпендикулярными: при проводке, Если требуется угол, следует использовать угол 135 градусов, надо избегать прямых углов. In the above design, используется четырёхслойная панель PCB. чтобы уменьшить влияние радиочастотных сигналов на управляющий сигнал VXI шины, the two signal traces are placed in the middle two layers, защита заземления для линии радиосигналов.

2.3 Power and ground wires
The wiring in the RF circuit PCB design needs special emphasis on the correct wiring of the power lin

e and the ground line. рациональный выбор источника питания и заземления является важной гарантией надежного функционирования прибора. Многие источники помех на панелях PCB радиочастотных схем созданы из источника питания и заземления, and the noise interference caused by the ground wire. по размеру текущей панели PCB, конструкция линий электропитания и заземления должна быть как можно более толстой и короткой, чтобы уменьшить сопротивление контура. одновременно, the direction of the power line and the ground line is consistent with the direction of data transmission, Это помогает повысить шумоустойчивость. When conditions permit, максимально использовать многослойную панель. шум на четырех слоях ниже двухслойной пластины на 20dB, and the noise of the six-layer board is 10dB lower than that of the four-layer board. В данном документе сконструировано четыре слоя PCB - панелей, the top and bottom layers are both designed as ground layers. такой, no matter which layer of the middle layer is the power layer, физическая связь между слоем питания и наземным слоем очень тесно, Создание большой емкости развязки, уменьшение помех от заземления. сплошная медь. Large-scale copper laying mainly has the following functions:
(1) EMC. медь для заземления или питания большой площади, it will play a shielding role.
(2) PCB process requirements. Generally, для обеспечения гальванического эффекта, or the lamination is not deformed, медь используется для покрытия PCB, при меньшем количестве проводов.
(3) Signal integrity requirements, предоставить полный путь к цифровым сигналам высокой частоты, уменьшение электропроводки в сети постоянного тока.
(4) Heat dissipation, special device installation requires copper plating, etc.

3. Conclusion
VXI bus system is a modular instrument bus system that is completely open in the world and is suitable for multi-manufacturers. В настоящее время это самая популярная в мире система шины приборов. The above mainly introduces the development of the RF switch module based on VXI bus. Презентация модуля радиочастотного переключателя для проектирования шинного интерфейса и функциональной схемы части PCB. радиочастотный переключатель управляется шиной VXI, which increases the flexibility of switch operation and is easy to use on PCB board.