PCB Blogu - PCB - RF tasarımı sırasında sinyal bağlantısını azaltmak için Board Tips

Radio frequency (RF) PCB tahtası tasarım sık sık teorik kesinlikle "siyah sanat" olarak tanımlanır., ama bu görüntü sadece parçacık doğrudur., RF devre tablosu tasarımı için bir sürü rehberlik var ki, takip edilemez ve unutmamalıdır.. Ama..., gerçek tasarımlara gelince,, Gerçek numara, çeşitli tasarım sınırları yüzünden tam olarak uygulanmadıkları zaman bu yönetmen ve kanunları nasıl tehlikeye atmak.. Elbette., tartışmaya değer çok önemli RF tasarım konuları var., İmpadans ve impedans eşleşmesi dahil, izolaciya maddeleri ve laminatlar, dalga uzunluğu ve duran dalgalar, fakat bu makale RF tahta bölüm tasarımı ile ilgili farklı sorunlara odaklanacak.. Bugünkü cep telefonu her şeyi farklı şekilde birleştirebilir., RF tahta tasarımı için kötü.. Sanayi şimdi çok yarışmacıdır., ve herkes çoklu fonksiyonları boyutla ve maliyetle birleştirme yollarını arıyor.. Analog, digital, Bütün RF devreleri saygı sorun bölgelerini ayırmak için çok küçük alanla birlikte, ve katların sayısı sık sık pahalı düşüncelerden dolayı. Çok amaçlı bir çip, çok küçük bir ölüm üzerinde çoklu fonksiyonları birleştirebilir., Dışarıdaki dünyayla bağlantı yapmak için çamurlar çok yakın bir araya geldi ki RF, IF, analog, ve dijital sinyaller çok yakın, Ama genellikle elektrik olarak önemsiz. Güç dağıtımı tasarımcılar için bir kabus olabilir., devrelerin farklı bölümlerine ihtiyacıyla, Batarya hayatını korumak için yazılım kontrol edilen değiştirme. Bu da cep telefonunuz için 5 ya da 6 çalışma kaynağı gerekebilir..

RF Layout Concept

RF tasarımı tasarladığında, öncelikle ilgilenmeli birkaç genel prensip var: yüksek güç RF amplifikatörünü (HPA) mümkün olduğunca düşük ses amplifikatörünün (LNA) tarafından ayrılın, kısa sürede yüksek güç RF transmit devrelerini düşük güç RF devrelerinden uzak tutun. PCB üzerinde çok fiziksel yer varsa bunu kolayca yapabilirsiniz, ama genellikle, PCB üzerinde birçok komponent ve daha az yer varsa, bu genellikle mümkün değil. Onları PCB tahtasının her iki tarafına koyabilirsiniz ya da aynı zamanda çalışmalarını yapabilirsiniz. Yüksek güç devreleri de bazen RF bufferleri ve voltaj kontrollü oscillatörleri (VCOs) dahil olabilir. PCB'deki yüksek güç bölgesinde en azından bir toprak olmadığından emin olun. Tabii ki, ne kadar polis, ne kadar iyi. Daha sonra, bu tasarım prensipini nasıl kıracağımızı ve bundan çıkabilecek sorunlardan nasıl kaçıracağımızı tartışacağız. Çip ve güç sağlamı ayrılması da çok önemlidir ve bu principi uygulamak için birçok yol daha sonra tartışılacak. RF çıkışı genellikle RF girişinden uzak tutulmalıdır. Sonra detayla konuşacağız. Duygusal analog sinyalleri mümkün olduğunca yüksek hızlı dijital ve RF sinyallerinden uzak tutmalı.

Bölüm nasıl?

Tasarım bölümleri fiziksel ve elektrik bölümlerine kırılabilir. Fiziksel bölümler genellikle komponent yerleştirme, yönlendirme ve korumak gibi sorunlar içeriyor; Elektrik bölümleri güç dağıtımı, RF izleri, hassas devreler ve sinyaller ve yerleştirme için bölümlere devam edebilir. İlk olarak fiziksel bölüm sorunu tartışıyoruz. RF tasarımı uygulamanın anahtarı komponent yerleştirmesidir. İlk olarak RF yolunda bulunan komponentleri düzeltmek ve RF yolunun uzunluğunu azaltmak için yönlendirmelerini düzenlemek, girişini çıkıştan uzak tutmak ve mümkün olduğunca komponentleri ayrılmak. güç devreleri ve düşük güç devreleri. Yüzey katının altındaki ikinci kattaki ana toprak uçağını ayarlamak ve yüzey katındaki RF hatlarını mümkün olduğunca kadar çalıştırmak etkili bir tahta toplama yöntemi. RF yolu boyutlu boyutluğu azaltmak sadece yol etkisini azaltmıyor ama aynı zamanda hayalet soldağı birliklerini temel toprakta azaltır ve RF enerji sızdırma şansını çubuğunun diğer bölgelerine azaltır. Fiziksel uzayda, çoklu fazla amplifikatörler gibi linear devreler genellikle birbirlerinden çoklu RF bölgelerini ayırmak için yeterli, fakat ikileştiriciler, karıştırıcılar ve IF amplifikatörler/karıştırıcılar her zaman birbirlerine karıştırır. Sinyaller birbirlerine karıştırır, bu etkini azaltmak için ilgilenmelidir. RF ve IF izleri mümkün olduğunca kadar geçmelidir. Aralarında en mümkün olduğunca toprak alanı vardır. Tüm PCB'nin performansı için düzgün RF rotasyonu çok önemlidir. Bu yüzden komponent yerleştirmesi sık sık hücre telefon PCB tasarımında zamanının çoğunu alır. Cep telefonu PCB'de, genellikle PCB'nin bir tarafında LNA devriyesini ve diğer tarafında yüksek güç amplifikatörünü yerleştirmek mümkün. Sonunda onları aynı sitede RF tarafından ve baz grubun işlemlerine eşit alanın antenindeki çifti üzerinden bağlayın. Bazı numaralar, do ğrudan geçen viallar RF enerjisinin bir tarafından diğerine transfer etmesini sağlamak için gerekli, ve ortak bir teknik iki tarafta kör viallar kullanmak. Tıpkı fıçıların zararlı etkileri, PCB'nin iki tarafından RF araştırmalarından özgür olduğu bölgelerde düz aşağı fıçıları düzenleyerek azaltılabilir.

Bazen çoklu devre blokları arasındaki yeterli izolasyon sağlamak mümkün değil. Bu durumda metal kalkanları RF alanında RF enerji korumak için düşünülmeli, fakat metal kalkanları da kendi maliyetleri ve toplum maliyetleri çok pahalıdır. Yapılandırma ve dikdörtgene veya kare metal kalkanları komponentlerin dizimini sınırladığında yüksek precizit sağlamak zordur. metal kalkanları komponent yerine ve hata yerine desteklemez; Metal kalkanı yüzünden yere çözülmeli ve komponentlerden uygun bir uzakta tutulmalı, bu yüzden değerli PCB tahta alanını alır. Kalkan kapağının tamamını mümkün olduğunca emin etmek çok önemli. Metal kaldırma kapağına giren dijital sinyal çizgileri mümkün olduğunca iç katına gitmeli, ve PCB tahtası düzenleme katının altında yer katı. RF sinyal çizgi metal kalkanının altındaki küçük boşluklardan çıkabilir ve yer boşluklarındaki fırlatma katının altındaki küçük boşluklardan çıkabilir, ama olabildiği kadar yer boşluk etrafında dağıtılır ve farklı katlarda yer birden birden birden birbirine birbirine bağlanabilir. Yukarıdaki sorunlara rağmen, metal kalkanları çok etkili ve sık sık kritik devreleri izolatma çözümü. Ayrıca, çip güç temsilcisinin doğru ve etkili değerlendirmesi de çok önemlidir. Birçok RF çipleri, integral çizgiler ile elektrik teslimat gürültüsüne çok hassas, genellikle dört kapasitöre kadar ve her çip için tüm elektrik teslimat gürültüsünün filtrelenmesini sağlamak için tek bir izolasyon indukatörü gerekiyor.

Kapacitörün değeri genelde kendi rezonans frekansiyeti ve düşük lead indukatörü ile belirlenir ve C4 değeri bu şekilde seçildir. C3 ve C2 değerleri kendi pinlerinin incelemesi yüzünden relativ büyükdür, bu yüzden RF değerlendirme etkisi daha az, fakat düşük frekans sesi sinyallerini filtrelemek için daha uygun. Induktör L1, RF sinyalleri elektrik hatlarının çipine bağlanmasını engelledi. Unutma: tüm izler hem RF sinyallerini alabilir hem gönderebilecek hem potansiyel bir anten, hem de kritik dönüştürme sinyallerini izole etmek gerekir. Bu çözümleme komponentlerin fiziksel yeri de sık sık kritik. Bu önemli komponentlerin düzenleme prinsipleri şudur: C4, IC pin'e mümkün olduğunca yakın olmalı ve temel edilmiş, C3 C4'e yakın olmalı, C2'e yakın olmalı ve IC pin C4'e yakın olmalı. Bağlantı izleri mümkün olduğunca kısa olmalı, Bu komponentlerin (özellikle C4) toprak terminalleri genellikle bir sonraki toprak uçağından çip topraklarına bağlı olmalı. Komponentlerin toprak katına bağlanması mümkün olduğunca PCB'deki komponent parçalarına yakın olmalı. Bölgedeki kör delikler bağlantı çizgisinin induktansını azaltmak için kullanılır ve induktansı C1'e yakın olmalı. Tümleşik devre veya amplifikatör sık sık a çık drain çıkışı vardır, bu yüzden yüksek impedans RF yükü ve düşük impedans DC kaynağını sağlamak için bir çekilme indukatörü gerekiyor. Aynı prensip, bu induktör tarafındaki hedefleri çözmek için uygulanır. Bazı çipler çalışmak için çoklu güç malzemeleri gerekiyor, bu yüzden çip etrafında yeterince uzay yoksa iki veya üç kapasitör ve indukatörler ihtiyacınız olabilir. İnduktorların paralel olarak birbirine yakın olduğunu hatırlayın, çünkü bu bir hava çekirdek değiştirici oluşturacak ve araştırma sinyallerini etkileyecek. Bu yüzden en azından aletlerden birinin yüksek olduğu sürece, ya da karşılaştırmalarını azaltmak için doğru açılarda olmalı.

Elektrik bölümünün prensipleri genellikle fiziksel bölüm ile aynı, fakat birkaç diğer faktör de var. Modern cep telefonların bazı parçaları farklı voltajlarda çalışır ve bateri hayatını uzatmak için yazılım tarafından kontrol edilir. Bu demek oluyor ki cep telefonları birçok güç kaynağı çalışması gerektiğini ve izolaciya ile daha fazla sorun oluşturur. Güç genelde bağlantıya ulaşır ve bir takım değişiklikler veya voltaj yöneticileri ile dağılmadan önce kurulun dışından her ses filtrelemek için hemen ayrılır. Cep telefonlarındaki çoğu devreler oldukça küçük DC akışları vardır, bu yüzden izler genişliği genellikle bir so run değil, ama mümkün olduğunca genişliğinde ayrı yüksek akışın izleri yüksek güç amplifikatörünün enerji sağlığını azaltmak için kullanılmalı. Ağımdaki kaybından fazla kaçınmak için, bir kattan diğerine geçmek için birçok vial gerekli. Ayrıca, yüksek güç amplifikatörü güç sağlamasına yeterli şekilde ayrılmazsa, yüksek güç sesi tahtası boyunca yayılır ve farklı sorunlar yaratacak. Yüksek güçlü amplifikatörlerin yerleşmesi kritik ve sık sık metal kalkanı gerekiyor. Çoğu durumda, RF çıkışının RF girişinden uzak tutulmasını sağlamak da önemli. Bu da arttırıcı, buferler ve filtreler için uygulanır. En kötü durumda, amplifikatörler ve buferler, eğer çıkışları doğru bir fazla ve ampliyetle içerilerine geri verilse kendini oscillatabilir. Herhangi bir durumda, her sıcaklık ve voltaj şartları altında stabil çalışacaklar. Aslında, gürültü ve modülasyon sinyallerini RF sinyaline ekleyebilirler.

Eğer RF sinyal çizgileri filtrün girişinden çıkışa dönmeliyse, bu filtrün bandpass özelliklerini ciddiye zarar verebilir. İlk olarak girdi ve çıkış arasındaki iyi izolasyon elde etmek için filtr etrafında bir yer yerleştirilmeli ve ikinci olarak filtr a şağıdaki alanına yerleştirilmeli ve filtr etrafında ana toprakla bağlanılmalı. Ayrıca filtr pinlerinden çok uzak geçmesi gereken sinyal hatlarını tutmak iyi bir fikir. Ayrıca, tahtada her yere yerleştirmek için çok dikkatli olun yoksa bilmediğiniz bir bağlantı kanalı tanıyabilirsiniz. Bu temel yaklaşımın 3. görüntü detayları. Bazen tek sonu ya da balanslı RF sinyal çizgileri seçilebilir ve buraya karşılaştırma ve EMC/EMI ile ilgili aynı prinsipler uygulayabilir. Eğer doğru yönlendirildiyse dengelenmiş RF sinyal çizgileri gürültü ve karışık araştırmalarını düşürebilir, fakat impedansı genellikle yüksektir ve mantıklı bir çizgi genişliğini kaynak, izler ve yükle uygun bir impedans elde etmek için korumalıdır. Aslında çalışma zor olabilir. Böfer izolasyonu geliştirmek için kullanılabilir çünkü aynı sinyali iki parçaya bölüştürebilir ve farklı devreleri sürmek için kullanabilir, özellikle LO'nun çoklu karıştırıcı sürmek için bir bufere ihtiyacı varsa. Karıştırıcı RF frekanslarında ortak modu izolasyona ulaştığında, doğru çalışmayacak. Bufferler, impedans değişikliklerini farklı frekanslarda ayırmak için birbirine karıştırmak için iyidir. Bufferler tasarımda büyük bir yardım, sürüşmek gereken devre sonrasında yerleştirilebilir, böylece yüksek enerji çıkış izleri çok kısa, çünkü buferin giriş sinyal seviyesi relativ düşük, bu yüzden diğer devreler tarafından etkilenmek kolay değil. devre araştırma sebebi. Ayrıca özel dikkati gereken çok hassas sinyal ve kontrol çizgileri var, ama bu maddelerin genişliğinden fazlasıdır. Bu yüzden burada sadece kısa süre tartışılıyor ve detayla tanımlanmayacaklar.

Voltage Kontrol edilmiş Oscillators (VCOs) voltajları değiştirme frekanslara dönüştürüyor, yüksek hızlı kanal değiştirmesi için kullanılan bir özelliği, ama kontrol voltajında küçük miktarı sesi de küçük frekans değiştirmelerine dönüştürüyorlar. Bu da RF sinyallerine sesi ekliyor. Genelde bunlardan sonra, artık RF çıkış sinyalinden sesi silemezsiniz. Peki zorluk nerede? İlk olarak, kontrol çizgisinin istediği bandgenişliği DC'den 2MHz'e kadar uzanabilir ve böyle geniş bir grubun sesini silmek için neredeyse imkansızdır; İkinci olarak, VCO kontrol hattı genellikle frekansiyonu kontrol eden bir geri dönüşün bir parçasıdır. Her yerde birçok Ses içinde tanıtılabilir. Bu yüzden VCO kontrol hatlarını büyük dikkatle halletmelidir. RF izlerinin altındaki toprak güçlü ve bütün komponentler ana toprakla bağlantılı ve sesi tanıyabilecek diğer izlerden ayrılmıştır. Ayrıca, VCO'nun güç tasarımının yeterli olarak ayrıldığından emin olun, çünkü VCO'nun RF çıkışı relativ yüksek seviyede olduğu için VCO çıkış sinyali diğer devrelere kolayca etkileyebilir, bu yüzden özel dikkat VCO'ya vermelidir. Aslında, VCO sık sık RF alanının sonunda yerleştiriler ve bazen metal kalkanı gerekiyor.

Resonant devre (transmitör için biri ve alıcı için diğeri) VCO ile bağlantılı, ayrıca kendi özellikleri de var. Basit olarak, rezonant devreleri, VCO operasyon frekansı ve modul konuşma veya verileri RF sinyaline ayarlamaya yardım eden paralel rezonant devriyidir. Tüm VCO tasarım prensipleri, rezonant devrelere eşit olarak uygulanır. Resonant devreleri sık sık gürültüsüne çok hassas olur. Tahtada geniş dağıtım ve genelde çok yüksek bir RF frekansında çalışıyor. Sinyaller genelde çipinin yakın tarafından ayarlanır, fakat bu sinyal pinler, relatively büyük induktörler ve kapasitörler ile çalışmaları gerekiyor. Bu yüzden bu induktörler ve kapasitörler birlikte yakın yerleştirilmesi ve ses duyarlı kontrol döngüsüne bağlanması gerekiyor. Bunu yapmak kolay değil. Otomatik kazanç kontrolü (AGC) amplifikatörü de problem-prone bir yerdir ve iletişim ve devrelerde AGC amplifikatörü olacak. AGC amplifikatörleri genellikle sesi filtrelemekte etkili, fakat hızlı yayılan ve alınan sinyal gücünün değişikliklerini yönetme yeteneğin in, AGC devrelerinin oldukça geniş bir bandwidth olmasını gerektiğini düşünüyor. Bu yüzden bazı kritik devrelerde AGC amplifikatörlerini kolay tanıtmak için kolay yapar. AGC çizgilerini tasarladığında iyi analog devre tasarım teknikleri takip edilmelidir. Bu, çok kısa operasyon ve giriş çizgileriyle ve çok kısa geri dönüş yolları ile ilgili, ikisi de RF, IF veya yüksek hızlı dijital sinyal izlerinden uzak tutulmalıdır. Ayrıca iyi yerleştirme önemlidir ve çip için güç sağlaması iyi bir şekilde ayrılmalı. Eğer girdi ya da çıkış üzerinde uzun bir kablo çalışmak zorunda olsanız, çıkış üzerinde, genelde çok daha düşük bir impedans vardır ve daha az etkileyici sese yaklaşır. Genelde sinyal seviyesi yüksektirse, sesi diğer devrelere tanıtmak daha kolay. Bütün PCB tasarımında, dijital devrelerini analog devrelerden mümkün olduğunca uzaklaştırmak için genel bir prensipdir. Ayrıca RF PCB tasarımına uygulanır. Ortak analog toprak genellikle korumak ve sinyal çizgilerini ayırmak için kullanılan toprak kadar önemlidir. Sorun şu ki, bu konuda her seferde göz önünde ve dikkatli planlamadan yapabileceğiniz çok az şey. Dikkatli planlama, düşünceli komponent yerleştirme ve temel yerleştirme değerlendirmesi, bu yüzden tasarım ilk etamlarında çok önemlidir, çünkü bilinmeyen tasarım değişiklikleri yeniden in şa edilmesi gereken yakın bir tasarım sonuçlarına ulaşabilir. Bu ciddi zaferlik sonuçları kişisel kariyerin geliştirmesi için iyi bir şey değil. Ayrıca, RF hatlarını analog hatlardan uzak tutun ve biraz kritik dijital sinyalleri. Tüm RF izleri, parçalar ve komponentleri mümkün olduğunca kadar toprak bakıyla dolu ve ana toprakla mümkün olduğunca bağlı olmalı. Mikro aracılığıyla kuvvetler gibi kuvvetler, RF devre geliştirme sahasında faydalı olur. Eğer tahtaları in şa ederseniz, pahasız olmadan istediğiniz kadar fazla fiyat kullanabilirsiniz. Yoksa normal PCB'deki delikler geliştirme maliyetlerini arttıracak, bu da kütle üretildiğinde pahaları arttıracak.

Eğer RF izleri sinyal hatlarının geçmesi gerekiyorsa, RF izlerinin arasındaki ana yere bağlı bir katı yollamaya çalışın. Mümkün değilse, kapasitet bağlantısını azaltmak için, ve her RF izlerinin etrafında, ve onları ana yere bağlayıp,. Ayrıca, paralel RF izleri arasındaki mesafeyi azaltmak induktif bağlantıları azaltır. Yüzey katmanın altına yerleştirilmiş solid monolitik bir uçak, izolasyon etkisi, Biraz dikkatli tasarım diğer pratik de çalışıyor.. Yer uçağını parçalara bölmeye çalıştım., digital, ve RF çizgileri, Ama sonuçlardan hiç memnun olmadım çünkü her zaman bu ayrı alanlarda hızlı sinyal çizgileri olacak., İyi bir şey değil.. Her katta PCB tahtası, mümkün olduğunca çok yere yerleştirir ve onları ana yere bağlay ın. İzleri iç sinyal ve elektrik dağıtım katlarının sayısını arttırmak için mümkün olduğunca yaklaştırın., ve izlerini ayarlayıp yeryüzünde bağlantı viallarını seçebilirsiniz.. Çeşitli katlar üzerinde boş yerler PCB tahtası küçük anten gibi sesi almak veya inşa edebilecekleri gibi.