PCBA科技 - 基於射頻開關模塊的功能印製電路板設計

和 印刷電路板 現代無線通訊系統, 移動通信, 雷達, 衛星通信和其他通信系統對切換速度有更高的要求, 功率容量, 集成, 等. VXI匯流排模塊對黨的特殊要求具有重要意義. 我們將使用虛擬儀器的思想以軟件的形式實現硬體電路. 下麵設計的射頻開關可以直接由電腦控制，並且可以方便地與VXI匯流排測試系統連接. 綜合並最大限度地發揮電腦和微電子技術在當今測試領域的應用具有廣闊的發展前景.

1. Design and implementation of VXI bus interface circuit
VXIbus is an extension of VMEbus in 這個 field of instrumentation and is a computer-operated modular automatic instrumentation system. 它依賴於有效的標準化，並採用模組化方法來實現序列化, 一般化, VXI匯流排儀器的互換性和互操作性. Its open architecture and Plug&Play method fully meet the requirements of information products. 它具有高速資料傳輸的優點, 結構緊湊, 靈活的配寘, 良好的電磁相容性, 等., 囙此，該系統的設定和使用非常方便, 它的應用越來越廣泛, 並逐漸成為高性能測試系統的集成匯流排.

VXI匯流排是完全開放的, 適用於各種儀錶製造商的模組化儀錶背板匯流排規範. VXI匯流排設備主要分為：基於寄存器的設備, 基於消息的設備和基於記憶體的設備. The 現在的 proportion of register-based devices in applications (about 70%). 基於VXI匯流排寄存器的介面電路主要包括四個部分：匯流排緩衝驅動, 定址和解碼電路, 資料傳輸響應狀態機, 配寘和操作寄存器組. 在四個部分中, 匯流排緩衝驅動程序由74ALS245晶片實現, 其餘由FPGA實現. 採用FLEX10K晶片EPF10K10QC208-3和EPROM晶片EPC1441P8, 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 數據線, VXI背板匯流排中的地址線和控制線，以滿足VXI標準訊號的要求. 對於A16/D16設備, 只要實現背板數据總線D00～D15的緩衝驅動. 根據VXI匯流排規範的要求, 該部分由兩個74LS245實現, and is gated with DBEN* (generated by the 數據 transmission response state machine).

1.2 Addressing and Decoding Circuits
The addressing lines include address lines A01-A31, 數據選通線DS1*0** and DS1*, 和長文字行LWORD**. The control lines include address strobe lines AS* and read/寫入訊號線寫入**. The design of this circuit adopts the schematic design method of MAX+PLUS II. 使用組件庫中的現有組件進行設計, 使用兩件74688和一件74138. 功能模組解碼地址線A15-A01和地址修改線AM5-AM0. 設備定址時, 它接收地址行和地址修改行上的地址資訊, 並將其與模塊上硬體地址開關設定的邏輯地址LA7～LA0進行比較. If the logical value on AM5~AM0 is 29H or 2DH (Because it is an A16/D16 device), 當地址行A15和A14均為1時, A13-A06上的邏輯值等於模塊的邏輯地址, the device is addressed and strobe (CADDR* is true). 然後將結果發送到下解碼控制, 並且通過解碼地址A01-A05來選擇16比特地址空間中模塊的寄存器.

1.3 Data transmission response state machine
Data transmission bus is a group of high-speed asynchronous parallel data transmission bus, 它是VMEbus系統資訊交換的主要組件. 資料傳輸匯流排的訊號線可分為3組：定址線, data lines, 和控制線. The design of this part adopts the text input design method of MAX+PLUS2. Since the timing of DTACK* is more complicated, 採用AHDL語言通過狀態機進行設計和實現. 該功能模組配寘VXI背板匯流排中的控制訊號, 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, 等.). 資料傳輸期間, 系統控制器首先對模塊進行定址, 並將相應的地址選通線設定為**, data strobe lines DS0*, DS1*, and WRITE* signal lines that control the direction of data transmission to valid level. 當模塊檢測到地址匹配且每條控制線有效時, 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
每個VXI匯流排設備都有一組“配寘寄存器”, 系統主控制器通過讀取這些寄存器的內容來獲取VXI匯流排設備的一些基本配置資訊, 例如設備類型, 模型, 製造商, address space (A16, A24, A32) and the required storage space, 等. VXI匯流排設備的基本配置寄存器是：標識寄存器, 設備類型寄存器, 狀態寄存器, 和控制寄存器. The design of this part of the circuit adopts the schematic diagram design method of MAX+PLUS II, 並使用74541晶片, 由其創建的功能模組. ID, DT, 和ST寄存器均為只讀寄存器, 控制寄存器是一個只寫寄存器. 在本設計中, VXI匯流排主要用於控制這些開關的通斷. 因此, 只要數據寫入通道寄存器, 可以控制繼電器開關的通斷或斷開狀態. 査詢中繼狀態也從通道寄存器中讀取. data. 根據模塊的設計要求, 在每個相應的數據比特中寫入適當的內容, 從而有效控制功能模組的射頻開關.

2. 模塊功能電路設計 PCB板
Each VXI bus device has a set of "configuration registers", 系統主控制器通過讀取這些寄存器的內容來獲取VXI匯流排設備的一些基本配置資訊, 例如設備類型, 模型, 製造商, address space (A16, A24, A32) and the required storage space, 等. 射頻電路的頻率範圍約為10kHz至300GHz. 隨著頻率的新增, 射頻電路具有一些不同於低頻電路和直流電路的特性. 因此, 在設計 PCB板 射頻電路的, 有必要特別注意射頻訊號對 PCB板. 該射頻開關電路由VXI匯流排控制. 為了减少設計中的干擾, 電纜用於連接匯流排介面電路和射頻開關功能電路. 下麵主要介紹了 PCB板 射頻開關功能電路的.

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. 用於射頻電路PCB設計, 電磁相容性要求每個電路模塊盡可能不產生電磁輻射, 具有一定的抗電磁干擾能力. 元件的佈局直接影響電路本身的干擾和抗干擾能力. 它還直接影響所設計電路的效能.

佈局的一般原則：組件應盡可能沿同一方向佈置, 通過選擇PCB進入熔錫系統的方向，可以减少甚至避免不良焊接現象； 組件之間的間距必須至少為0.5mm，以滿足部件的熔錫要求, 如果 PCB板 允許, 組件的間距應盡可能寬. 元件的合理佈局也是合理佈線的先決條件, 所以應該綜合考慮. 在本設計中, 繼電器是用於轉換射頻訊號的通道, 囙此，繼電器應盡可能靠近訊號輸入和輸出, 從而盡可能縮短射頻訊號線的長度, 並為下一步合理佈線. 考慮. 此外, 射頻開關電路由VXI匯流排控制, 射頻訊號對VXI匯流排控制訊號的影響也是佈局時必須考慮的問題.

2.2 Wiring
After the layout of the components is basically completed, 應啟動接線. 佈線的基本原則是：當裝配密度允許時, 儘量選擇低密度佈線設計, 訊號軌跡應盡可能厚, 這有利於阻抗匹配. 對於RF電路, 方向設計不合理, 訊號線的寬度和行距可能導致訊號傳輸線之間的交叉干擾； 此外, 系統電源本身也有雜訊干擾, 囙此，在設計射頻電路PCB時必須綜合考慮. 合理佈線. 接線時, 所有痕迹都應遠離框架 PCB板 (（約2mm）), 以避免在生產過程中出現斷開或潜在斷開的可能性 PCB板. 電源線應盡可能寬，以减少回路電阻. 同時, 電源線和地線的方向應與資料傳輸方向一致，以提高抗干擾能力. 訊號線應盡可能短, 應儘量減少過孔的數量； 組件之間的連接應盡可能短，以减少分佈參數和相互電磁干擾； 對於不相容的訊號線, 他們應該儘量遠離對方., 儘量避免並聯, 接線時，前後兩側的訊號線應相互垂直, 在需要轉角的地方，應使用135度角, 應該避免直角. 在上述設計中, the PCB板 採用四層板. 為了减少射頻訊號對VXI匯流排控制訊號的影響, 兩條訊號軌跡位於中間兩層, 射頻訊號線用接地過孔遮罩.

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. 合理選擇電源和接地管道是儀錶可靠運行的重要保證. 飛機上有很多干擾源 PCB板 射頻電路的電壓由電源和地線產生, 以及地線引起的雜訊干擾. 根據 PCB板 current, 電源線和接地線的設計應盡可能厚和短，以减少回路電阻. 同時, 電源線和地線的方向與資料傳輸的方向一致, 這有助於增强抗雜訊能力. 條件允許時, 儘量使用多層板. 四層板的雜訊比雙層板低20dB, 六層板的雜訊比四層板低10dB. 在四層中 PCB板 本文設計, 頂層和底層均設計為底層. 以這種管道, 無論中間層的哪一層是電源層, 電源層和地面層之間的物理關係密切, 形成一個大的去耦電容器，减少地線引起的干擾. 接地層使用大面積的銅. Large-scale copper laying mainly has the following functions:
(1) EMC. 對於大面積的接地或電源銅, 它將起到遮罩作用.
(2) PCB process requirements. 通常地, 為了保證電鍍效果, 或疊片未變形, 銅應用於PCB層，佈線更少.
(3) Signal integrity requirements, 為高頻數位信號提供完整的返回路徑, 减少直流網絡的佈線.
(4) Heat dissipation, 特殊裝置安裝需要鍍銅, 等.

3. Conclusion
VXI bus system is a modular instrument bus system that is completely open in the world and is suitable for multi-manufacturers. 它是世界上當前的儀錶匯流排系統. 以上主要介紹了基於VXI匯流排的射頻開關模塊的開發. 介紹了射頻開關模塊的匯流排介面設計和功能電路部分的PCB設計. 射頻開關由VXI匯流排控制, 這新增了開關操作的靈活性，並且易於在 PCB板.