Технология PCB - полнота сигнала из схемы PCB приемопередатчика WiFi

The circuit печатная плата Board layout of radio frequency (RF) circuits should be carried out on the basis of understanding the basic principles of circuit board structure, подключение и заземление. This article discusses the relevant basic principles, и предлагает практические методы, proven power wiring, техника обхода и заземления электропитания, which can effectively improve the performance indicators of RF design. учитывая, что в реальном проектировании сигнал рассеяния цепи очень чувствительный к связи мощности, Положение заземления и фильтра, в данной работе основное внимание уделяется методам подавления шумовых сигналов в замкнутом цикле. чтобы проиллюстрировать этот вопрос, использование текста схема печатная плата of the MAX2827 802.11a/g transceiver as a reference design.

Рисунок 1: линия Vcc в Звездной топологии

When designing an RF circuit, the design of the power supply circuit and the layout of the circuit board are often left after the design of the high-frequency signal path is completed. нерассмотренный проект, the power supply voltage around the circuit is prone to erroneous output and noise, Это еще больше повлияет на характеристики радиочастотных схем. Reasonable distribution of печатная плата слой, the use of star topology Vcc leads, Добавление надлежащих развязывающих конденсаторов на штырь Vcc поможет улучшить производительность системы и получить оптимальные показатели.

Основные принципы подключения и обхода

мудрец печатная плата layer assignment is convenient to simplify the subsequent wiring processing. четвёртый этаж печатная плата (a commonly used circuit board in WLAN), В большинстве приложений, the top layer of the circuit board is used to place components and RF leads, второй этаж используется в качестве системного заземления, блок питания находится на третьем этаже, Любая сигнальная линия может быть распределена на четвертом этаже. The continuous ground plane layout of the second layer is necessary to establish an RF signal path with controlled impedance. Он также помогает кратчайший замыкающий контур, and provides a high degree of electrical isolation for the first and third layers, минимизировать связь между двумя слоями. Of course, other board layer definition methods can also be used (especially when the circuit board has a different number of layers), Однако Вышеприведенная структура является примером успеха.

Figure 2: Capacitor impedance changes at different frequencies

большая площадь силовых слоёв может облегчить прокладку Vcc, но эта конструкция обычно приводит к снижению производительности системы предохранителя. подключение всех линий электропитания к более широкой плоскости неизбежно предотвратит выпадение между ногами. шум распространяется. напротив, если использовать астрометрическую топологию, связь между зажимами различных источников питания уменьшится. На диаграмме 1 показана схема подключения Vcc к звездам, которая была взята из контрольной панели MAX2826 IEE 802.11a / g передатчика. На рисунке был создан главный узел Vcc, с которого были показаны линии электропитания в различных ветвях, с тем чтобы питаться к столбцам питания RF IC. каждый зажим питания обеспечивает пространственную сегрегацию между зажимами с помощью независимого провода, что облегчает их связь. Кроме того, у каждого провода есть некоторая паразитная индуктивность, которую мы хотим, она помогает фильтровать высокочастотные шумы в линии электропитания.

при использовании звездной топологической линии Vcc необходимо также использовать соответствующую мощность для развязки, а емкость для развязки имеет некоторую паразитную индуктивность. На самом деле конденсатор соответствует последовательному контуру RLC. Конденсаторы играют ведущую роль в диапазоне низких частот, но при частоте самовозбуждения (SRF):

После этого сопротивление конденсатора будет ощущаться. можно видеть, что конденсаторы обладают развязывающим эффектом только в том случае, если они близки к SRF или ниже, и что конденсаторы демонстрируют на этих частотах низкое сопротивление. На рисунке 2 показаны типичные параметры S11 для различных емкостей. из этих кривых можно четко видеть SRF. можно также видеть, что чем больше емкость, тем лучше (чем больше сопротивление) развязка, предоставляемая при низкой частоте. ниже).

лучше всего установить на главном узле Vcc звездной топологии конденсатор большой емкости, например, 2,2 в день. конденсатор имеет низкий уровень SRF, который очень эффективен для устранения шумов низкой частоты и для установления постоянного напряжения. каждый цоколь электропитания IC требует конденсатора низкой емкости (например, 10nF) для фильтрации высокочастотных шумов, которые могут быть связаны с линией электропитания. два внешних блокировочных конденсатора могут понадобиться для отбора источников питания, питающихся чувствительными к шуму схемами. например, параллельное подключение конденсаторов 10pF к конденсаторам 10nF обеспечивает более широкий диапазон частот развязки и пытается устранить влияние шума на напряжение питания. необходимо тщательно проверять каждую опору электропитания, чтобы определить, сколько конденсаторов развязки необходимо и в какой точке частот реальная цепь подвержена шумовым помехам.

Хорошая технология развязки источников энергии, сочетающая строгую планировку печатная плата и вывод Vcc (звездная топология), может заложить прочную основу для проектирования любой радиочастотной системы. Хотя в реальном проектировании есть и другие факторы, которые снижают производительность системы, обладание "бесшумным" питанием является важным элементом оптимизации характеристик системы.

проектирование заземления и проходного отверстия

компоновка и вывод из пласта также являются ключом к проектированию платы WLAN, которая будет непосредственно влиять на паразитные параметры платы, что чревато опасностью снижения производительности системы. в проектировании радиочастотных схем не существует уникального заземления. Существует несколько способов достижения удовлетворительных эксплуатационных показателей при проектировании. соединение пластов или проводов можно разделить на землю аналоговым сигналом и цифровым сигналом, а также изолировать контуры с большим током или большим энергопотреблением. с учетом опыта, накопленного при проектировании панелей для оценки беспроводной локальной вычислительной сети (ЛВС), можно было бы повысить эффективность использования отдельных коллекторных пластов в четырех слоях. с помощью этих эмпирических методов радиочастотное излучение частично изолируется от других схем, что позволяет избежать помех между сигналами. Как отмечалось выше, второй слой платы обычно используется в качестве коллектора, а первый - для установки элементов и радиочастотных проводов.

Рисунок 3: макет электрических характеристик отверстий.

очень важно, чтобы все сигналы, соединяемые с заземленным слоем, соединялись с ним по кратчайшему пути после определения породы. проходные отверстия обычно используются для подключения линий горизонта верхнего слоя к плоскости земли. Следует отметить, что перерывы были индуктивными. На рисунке 3 показана точная модель электрических свойств отверстий, в которой Lvia является индуктивной проницаемостью, а Cvia - паразитной емкостью сварного диска печатная плата через отверстие. при использовании методов, обсуждаемых здесь, можно игнорировать паразитные емкости. 1.6 мм глубины и отверстия с отверстиями диаметром 0,2 мм, индуктивность около 075nH, эквивалентная реактивность в диапазоне частот 2.5GHz / 5.0GHZ WLAN примерно 12 © 24 Поэтому заземляющие отверстия не могут обеспечить реальное заземление радиосигналов. для проектирования высококачественных схем в узлах радиочастотных схем должно быть предусмотрено максимальное количество заземленных заземлений, особенно в герметичном корпусе IC в целом. подушка. плохое заземление может также приводить к вредному излучению, снижению коэффициента усиления и шума на входе приемника или части усилителя мощности. Следует также отметить, что плохая сварка заземленной подушки может привести к одной и той же проблеме. Кроме того, энергопотребление усилителя требует подключения нескольких отверстий к плоскости земли.

Диаграмма 4. PLL filter component layout using the MAX2827 reference design board as an example.

фильтровать, в частности, шумы в других каскадах, подавлять локальный шум, чтобы устранить перекрестные помехи между ступенями через линии электропитания, что является преимуществом для Vcc развязки. если в конденсаторах развязки используются одни и те же заземляющие отверстия, то из - за индуктивного эффекта между отверстиями и заземлением в этих точках пропускаются все радиочастотные помехи от обоих источников, что не только лишает их функций развязывающих конденсаторов, но и открывает другой путь для межступенчатой шумовой связи в системе.

как вы, в системном проектировании реализация замыкания сталкивается с огромными трудностями. для получения удовлетворительных гетерогенных характеристик, it is necessary to have a good ground wire layout. сейчас, all PLLs and VCOs are integrated into the chip in IC design. Большинство фазовых колец использует цифровой ток для вывода зарядного насоса, Управление VCO через кольцевой фильтр. Usually, для фильтрации цифрового импульсного тока зарядного насоса требуется фильтр кольцевой цепи второго или третьего порядка РК, чтобы получить аналоговое управляющее напряжение. два конденсатора, расположенные вблизи выходного конца зарядного насоса, должны быть соединены непосредственно с заземлением в цепи зарядного насоса. такой, the pulse current path of the ground loop can be isolated, Соответствующая частота дисперсии в данной посылке может быть сведена к минимуму. The third capacitor (for the third-order filter) should be directly connected to the ground of the VCO to prevent the control voltage from floating with the digital current. Если эти принципы нарушены, будет генерировать довольно много ложных элементов.

Figure 4 shows an example of схема печатная плата. много заземленных отверстий на прокладке, allowing each Vcc decoupling capacitor to have its own separate ground via. трек in the box is a PLL loop filter. первый конденсатор подключен непосредственно к GND u CP, the second capacitor (in series with an R) is rotated 180 degrees to return to the same GND_CP, Третий конденсатор подключен к GND Dlu VCO. This kind of grounding scheme can obtain higher system performance.

подавление сигнала рассеяния PLL через соответствующее питание и заземление

Одной из трудностей в процессе проектирования является удовлетворение требований в отношении маски спектра для передачи спектра через систему 802.11a / b / g. Линейные показатели и энергопотребление должны быть сбалансированы, и необходимо сохранить определенный запас, чтобы обеспечить соблюдение стандартов IEEE при сохранении достаточной эмиссионной мощности. и правила ТСФ. типичная выходная мощность системы IEEE 802.11g на конце антенны составляет + 15dbm, а отклонение частоты - 28dBr, когда отклонение частоты составляет 20MHz. коэффициент подавления мощности соседнего канала в диапазоне частот (ACCPR) является функцией линейных характеристик устройства, которая при определенных условиях корректна для конкретного приложения. благодаря корректировке смещения TX IC и PA с учетом накопленного опыта, корректировке уровней ввода, вывода и промежуточного соответствия PA может быть проделана большая работа по оптимизации характеристик ACCPR в канале передачи.

Figure 5: The effect of using a loop filter.

Однако не все проблемы, связанные с АКП, объясняются линейными характеристиками оборудования. хорошим примером этого является оптимизация мощности усилителя и PA - привода (два из которых играют важную роль в ACPR) после ряда корректировок. характеристики соседнего канала передатчика WLAN по - прежнему не соответствуют ожидаемым показателям. при этом следует отметить, что сигнал рассеяния местного генератора (о) из фазного кольца передатчика также снижает эффективность ACPR. сигнал рассеяния этой вибрации будет смешиваться с сигналом на базе модуляции, и смешанная составляющая будет увеличиваться по ожидаемому каналу сигнала. Такое смешивание может привести к возникновению проблем только в том случае, если ПФЛ - дисперсия превышает определенный пороговый уровень. в тех случаях, когда дисперсный компонент цепи ниже порогового уровня, АКП в основном ограничивается нелинейностью усилителя мощности. Когда выходная мощность TX и характеристики спектрального фотошаблона « линейные ограничения», необходимо сбалансировать линейные показатели и выходную мощность; Если свойства рассеяния LO станут основным фактором, ограничивающим эффективность ACCPR, то мы столкнемся с ограничениями на "дисперсию", и PA должна быть смещена на более высокие рабочие точки под заданным POUT, с тем чтобы уменьшить ее воздействие на ACPR, что приведет к увеличению тока и ограничению гибкости конструкции.

В ходе этих обсуждений был поднят еще один вопрос о том, как эффективно ограничить дисперсионный состав PLL определенными рамками без ущерба для спектра эмиссии. как только обнаруживается дисперсионный состав, первым решением, о котором идет речь, является сужение полосы частот шлейфа PLL, с тем чтобы ослабить амплитуду рассеянных сигналов. такой подход является эффективным в очень немногих случаях, однако существуют и некоторые потенциальные проблемы.

На диаграмме 5 показана Гипотетическая ситуация. Предполагается, что при проектировании использовались аналоговые N - модемы с относительной частотой 20 МГц. Если фильтр кольцеобразного контура является вторым по частоте и запирается на частоту 200khz, то скорость затухания обычно составляет 40db / Decade, и при частоте 20MHz может достигать 80 db затухания. Если эталонная составляющая дисперсии составляет - 40дбк (если предположить, что она может привести к вредным составляющим модуляции), то механизм возникновения дисперсии может выходить за пределы контурного фильтра (если перед фильтром возникает дисперсия, то амплитуда его может быть очень большой). ширина полосы сжатия кольцевого фильтра не улучшит характеристики дисперсии, но увеличит время блокировки PLL, что будет иметь значительные негативные последствия для системы.

Практика показывает, что наиболее эффективным способом подавления фазового рассеяния должно быть рациональное заземление, компоновка питания и техника развязки. принцип электропроводности, обсуждаемый в настоящем документе, является хорошим началом проектирования для уменьшения дисперсии PLL. учитывая большие изменения тока в зарядных насосах, необходимо принять астрометрическую топологию. если не будет достаточной изоляции, шум, генерируемый токовым импульсом, будет связываться с силовыми установками вко и модулировать частоту вко, которая обычно называется "буксировка вко". физическая изоляция электрических проводов и развязывающих конденсаторов на каждом цоколье ВК, разумное размещение заземленных отверстий и введение в качестве последнего средства серийного комплекта ферритов могут улучшить изоляцию. Эти меры не должны использоваться во всех проектированиях. надлежащее применение каждого из этих методов позволит эффективно снизить степень дисперсии.

на Рисунке 6 представлены результаты нерациональной схемы развязки питания вко. жилые волны источника указывают на то, что эффект переключателя зарядного насоса вызывает сильные помехи линии электропитания. Fortunately, Это можно эффективно преодолеть, добавив блокировочный конденсатор. In addition, Если соединение питания нерационально, например, the power lead of the VCO is located just below the charge pump power supply, один и тот же шум можно наблюдать в, and the generated spurious signals are enough to affect the ACPR characteristics, даже отцепка усиливается, the test The result will not be improved. В таком случае, it is necessary to examine the печатная плата монтаж и перестановка линий питания вко, эффективное улучшение дисперсионных характеристик и выполнение нормативных требований.

Рисунок 6: иррациональные результаты испытания VCC u VCO на развязку