Tin tức về PCB - Phương pháp thiết kế bảng PCB điện thoại di động

Phân vùng vật lý chủ yếu liên quan đến các vấn đề như bố trí thành phần, định hướng và che chắn; Các bộ phận điện có thể tiếp tục được chia thành các bộ phận phân phối điện, định tuyến tần số vô tuyến, các mạch và tín hiệu nhạy cảm và nối đất.

1 Chúng tôi thảo luận về phân vùng vật lý. Bố cục thành phần là chìa khóa để đạt được thiết kế RF tốt. Kỹ thuật hiệu quả nhất là trước tiên cố định các thành phần trên đường dẫn RF và điều chỉnh hướng của chúng để giảm thiểu chiều dài của đường dẫn RF, giữ đầu vào ra khỏi đầu ra và nối đất các mạch công suất cao và thấp nhất có thể.

Phương pháp xếp chồng bảng mạch PCB hiệu quả nhất là sắp xếp mặt phẳng mặt đất chính (đường nối đất chính) trên lớp thứ hai bên dưới lớp bề mặt và định tuyến dây RF trên lớp bề mặt càng nhiều càng tốt. Giảm thiểu kích thước thông qua lỗ trên đường dẫn RF không chỉ làm giảm độ tự cảm đường đi mà còn làm giảm các điểm hàn ảo trên mặt đất chính và giảm cơ hội rò rỉ năng lượng RF đến các khu vực khác của laminate. Trong không gian vật lý, các mạch tuyến tính như bộ khuếch đại đa giai đoạn thường đủ để cô lập nhiều vùng RF với nhau, nhưng bộ song công, bộ trộn và bộ khuếch đại/trộn tần số trung bình luôn có nhiều RF/IF. Các tín hiệu can thiệp lẫn nhau, vì vậy phải cẩn thận để giảm thiểu hiệu ứng này.

2 Các dấu vết tần số vô tuyến và trung bình nên được cắt ngang càng nhiều càng tốt và đặt các đường đất giữa chúng càng nhiều càng tốt. Đường dẫn RF chính xác rất quan trọng đối với hiệu suất của toàn bộ bảng mạch PCB, đó là lý do tại sao bố trí thành phần thường chiếm phần lớn thời gian trong thiết kế bảng mạch PCB của điện thoại di động. Trong thiết kế bảng mạch PCB điện thoại di động, thông thường mạch khuếch đại tiếng ồn thấp có thể được đặt ở một bên của bảng mạch PCB, bộ khuếch đại công suất cao ở phía bên kia và cuối cùng được kết nối bằng bộ song công với đầu RF và xử lý băng cơ sở ở cùng một bên. Trên ăng-ten ở cuối thiết bị. Một số thủ thuật là cần thiết để đảm bảo rằng các lỗ thông qua không truyền năng lượng RF từ một bên của bảng mạch sang bên kia. Một kỹ thuật phổ biến là sử dụng các lỗ mù ở cả hai bên. Các tác động bất lợi của lỗ thông qua có thể được giảm thiểu bằng cách bố trí lỗ thông qua trong khu vực không có nhiễu RF ở cả hai bên của bảng PCB. Đôi khi không thể đảm bảo sự cô lập đầy đủ giữa nhiều khối mạch. Trong trường hợp này, cần phải xem xét việc sử dụng lá chắn kim loại để che chắn năng lượng RF trong khu vực RF. Lá chắn kim loại phải được hàn vào mặt đất và phải được bảo quản cùng với các thành phần. Khoảng cách thích hợp, do đó cần chiếm không gian bảng mạch PCB quý giá. Điều quan trọng là phải đảm bảo tính toàn vẹn của lá chắn bất cứ khi nào có thể. Các đường tín hiệu kỹ thuật số đi vào lá chắn kim loại phải càng sâu càng tốt vào lớp bên trong, lớp PCB bên dưới lớp dây tốt nhất là lớp nối. Các đường tín hiệu RF có thể được dẫn ra từ các khoảng trống nhỏ ở dưới cùng của lá chắn kim loại và các lớp dây tại các khoảng trống mặt đất, nhưng càng nhiều mặt đất càng tốt xung quanh các khoảng trống và mặt đất trên các lớp khác nhau có thể được kết nối với nhau bằng nhiều lỗ thông qua.

3 Việc tách công suất chip chính xác và hiệu quả cũng rất quan trọng. Nhiều chip RF tích hợp mạch tuyến tính rất nhạy cảm với tiếng ồn nguồn điện. Thông thường, mỗi chip cần sử dụng tối đa bốn tụ điện và một cuộn cảm cách ly để đảm bảo tất cả tiếng ồn nguồn điện được lọc. Mạch tích hợp hoặc bộ khuếch đại thường có đầu ra rò rỉ mở, do đó cần cuộn cảm kéo lên để cung cấp tải RF trở kháng cao và nguồn DC trở kháng thấp. Nguyên tắc tương tự cũng áp dụng cho việc tách nguồn ở phía cuộn cảm này. Một số chip đòi hỏi nhiều nguồn điện để hoạt động, vì vậy bạn có thể cần hai hoặc ba bộ tụ điện và cuộn cảm để tách chúng riêng biệt. Các cuộn cảm hiếm khi song song với nhau, vì điều này tạo thành các máy biến áp rỗng và can thiệp với nhau. Tín hiệu, vì vậy khoảng cách giữa chúng phải bằng chiều cao của ít nhất một trong các thiết bị hoặc được sắp xếp theo góc vuông để giảm thiểu cảm giác tương hỗ của chúng.

Nguyên tắc phân vùng điện gần giống với nguyên tắc phân vùng vật lý, nhưng nó cũng bao gồm một số yếu tố khác. Một số bộ phận của điện thoại sử dụng điện áp hoạt động khác nhau và được điều khiển bởi phần mềm để kéo dài tuổi thọ pin. Điều này có nghĩa là điện thoại cần chạy nhiều nguồn điện, gây ra nhiều vấn đề hơn cho việc cách ly. Nguồn điện thường được đưa vào từ đầu nối và được tách ra ngay lập tức để lọc bất kỳ tiếng ồn nào bên ngoài bảng, sau đó được phân phối sau khi đi qua một bộ công tắc hoặc bộ điều chỉnh. Hầu hết các mạch trên bảng PCB của điện thoại di động có dòng điện DC nhỏ, vì vậy chiều rộng dấu vết thường không phải là vấn đề. Tuy nhiên, các đường dây hiện tại lớn rộng nhất có thể phải được định tuyến riêng cho nguồn điện của bộ khuếch đại công suất cao để giảm thiểu sự sụt giảm điện áp truyền tải. Để tránh mất quá nhiều dòng điện, cần có nhiều lỗ để truyền dòng điện từ lớp này sang lớp khác. Ngoài ra, nếu không thể tách rời hoàn toàn tại chân nguồn của bộ khuếch đại công suất cao, tiếng ồn công suất cao sẽ tỏa ra toàn bộ bảng và gây ra nhiều vấn đề khác nhau. Việc nối đất cho các bộ khuếch đại công suất cao là rất quan trọng và thường cần thiết kế lá chắn kim loại cho chúng. Trong hầu hết các trường hợp, điều quan trọng là đảm bảo đầu ra RF tránh xa đầu vào RF. Điều này cũng áp dụng cho bộ khuếch đại, bộ đệm và bộ lọc. Trong trường hợp xấu nhất, nếu đầu ra của bộ khuếch đại và bộ đệm được đưa trở lại đầu vào của chúng ở pha và biên độ thích hợp, thì chúng có thể bị dao động tự kích thích. Trong trường hợp tốt nhất, chúng sẽ có thể hoạt động ổn định trong mọi điều kiện nhiệt độ và điện áp. Trên thực tế, chúng có thể trở nên không ổn định và thêm nhiễu và tín hiệu điều chế lẫn nhau vào tín hiệu RF. Nếu đường tín hiệu RF phải được lặp lại từ đầu vào của bộ lọc trở lại đầu ra, điều này có thể làm hỏng đáng kể các đặc tính băng thông của bộ lọc. Để có được sự cách ly tốt giữa đầu vào và đầu ra, trước tiên bạn phải đặt một đường nối đất xung quanh bộ lọc, sau đó ở khu vực thấp hơn của bộ lọc và kết nối với đường nối đất chính xung quanh bộ lọc. Đây cũng là một cách tuyệt vời để giữ cho các đường tín hiệu cần đi qua bộ lọc càng xa chân bộ lọc càng tốt.

Ngoài ra, việc nối đất ở những nơi khác nhau trên toàn bộ bảng phải được thực hiện rất cẩn thận, nếu không các kênh ghép nối sẽ được giới thiệu. Đôi khi, bạn có thể chọn sử dụng đường tín hiệu RF đơn hoặc cân bằng. Các nguyên tắc của nhiễu chéo và EMC/EMI cũng áp dụng ở đây. Các đường tín hiệu RF cân bằng có thể làm giảm tiếng ồn và nhiễu chéo nếu được định tuyến chính xác, nhưng chúng thường có trở kháng cao và phải duy trì độ rộng đường hợp lý để có được nguồn tín hiệu phù hợp, dấu vết và trở kháng tải. Thực tế có thể có một số khó khăn trong việc nối dây. Bộ đệm có thể được sử dụng để cải thiện hiệu ứng cách ly vì nó có thể chia cùng một tín hiệu thành hai phần để điều khiển các mạch khác nhau, đặc biệt là bộ dao động cục bộ có thể cần một bộ đệm để điều khiển nhiều bộ trộn. Khi bộ trộn đạt đến trạng thái cô lập chế độ chung ở tần số RF, nó sẽ không hoạt động bình thường. Bộ đệm có thể cô lập tốt sự thay đổi trở kháng ở các tần số khác nhau để các mạch không can thiệp với nhau. Buffer rất hữu ích cho việc thiết kế. Chúng có thể đi theo các mạch cần được điều khiển, làm cho các dấu vết đầu ra công suất cao rất ngắn. Bởi vì bộ đệm có mức tín hiệu đầu vào tương đối thấp, chúng không dễ dàng gây nhiễu các tín hiệu khác trên bảng. Mạch điện gây nhiễu. Bộ dao động điều khiển điện áp (VCO) có thể chuyển đổi các điện áp khác nhau thành các tần số khác nhau. Chức năng này được sử dụng để chuyển đổi kênh tốc độ cao, nhưng chúng cũng chuyển đổi tiếng ồn dấu vết trên điện áp điều khiển thành những thay đổi tần số nhỏ, cho phép tín hiệu RF tăng tiếng ồn.

Để đảm bảo rằng tiếng ồn không tăng, các khía cạnh sau đây phải được xem xét: Thứ nhất, băng thông dự kiến của đường điều khiển có thể nằm giữa DC đến 2MHz, hầu như không thể loại bỏ tiếng ồn băng thông rộng này bằng bộ lọc; Thứ hai, đường điều khiển VCO thường là một phần của vòng phản hồi để điều khiển tần số. Nó có thể gây ra tiếng ồn ở nhiều nơi, vì vậy các đường điều khiển VCO phải được xử lý rất cẩn thận. Đảm bảo rằng mặt đất bên dưới dấu vết RF là chắc chắn và tất cả các thành phần được gắn chắc chắn vào mặt đất chính và được cách ly khỏi các dấu vết khác có thể gây ra tiếng ồn. Ngoài ra, cần đảm bảo rằng nguồn điện của VCO đã được tách rời hoàn toàn. Vì đầu ra RF của VCO thường ở mức tương đối cao, tín hiệu đầu ra của VCO có thể dễ dàng can thiệp vào các mạch khác và do đó phải đặc biệt chú ý đến VCO. Trên thực tế, VCO thường được đặt ở cuối khu vực RF và đôi khi cần được che chắn bằng kim loại. Mạch cộng hưởng (một cho máy phát và một cho máy thu) có liên quan đến VCO, nhưng nó cũng có những đặc điểm riêng. Nói một cách đơn giản, mạch cộng hưởng là một mạch cộng hưởng song song với điốt điện dung giúp thiết lập tần số hoạt động của VCO và điều chỉnh giọng nói hoặc dữ liệu thành tín hiệu RF. Tất cả các nguyên tắc thiết kế VCO cũng áp dụng cho mạch cộng hưởng. Vì mạch cộng hưởng chứa khá nhiều thành phần, có một khu vực phân phối rộng hơn trên bảng và thường hoạt động ở tần số RF rất cao, mạch cộng hưởng thường rất nhạy cảm với tiếng ồn. Các tín hiệu thường được sắp xếp trên các chân liền kề của chip, nhưng các chân tín hiệu này cần phải hoạt động với các cuộn cảm và tụ điện tương đối lớn, do đó đòi hỏi các cuộn cảm và tụ điện này phải được đặt rất gần nhau và được kết nối trở lại vòng điều khiển nhạy cảm với tiếng ồn. Sẽ không dễ dàng gì đâu.

Bộ khuếch đại điều khiển tăng tự động (AGC) cũng là một nơi dễ xảy ra các vấn đề và sẽ có bộ khuếch đại AGC cho cả mạch phát và mạch thu. Bộ khuếch đại AGC thường có thể lọc tiếng ồn một cách hiệu quả, nhưng vì điện thoại di động có thể xử lý những thay đổi nhanh chóng về cường độ tín hiệu truyền và nhận, mạch AGC cần phải có băng thông khá rộng, giúp dễ dàng tạo ra tiếng ồn khi giới thiệu bộ khuếch đại AGC trên một số mạch chính. Thiết kế mạch AGC phải phù hợp với các kỹ thuật thiết kế mạch tương tự tốt liên quan đến các chân đầu vào của bộ khuếch đại hoạt động ngắn và các đường dẫn phản hồi ngắn, cả hai đều phải tránh xa các dấu vết tín hiệu kỹ thuật số RF, IF hoặc tốc độ cao. Tương tự như vậy, việc nối đất tốt cũng rất quan trọng và nguồn điện của chip phải được tách rời tốt. Nếu bạn cần kết nối một dây dài ở đầu vào hoặc đầu ra, tốt nhất là kết nối ở đầu ra. Thông thường, đầu ra có trở kháng thấp hơn nhiều và không dễ tạo ra tiếng ồn. Thông thường, mức tín hiệu càng cao, bạn càng dễ dàng đưa tiếng ồn vào các mạch khác. Trong tất cả các thiết kế PCB, đó là một nguyên tắc phổ biến để giữ mạch kỹ thuật số càng xa mạch analog càng tốt, và điều này cũng áp dụng cho thiết kế PCB RF. Việc nối đất mô phỏng chung và nối đất để che chắn và tách các đường tín hiệu thường quan trọng như nhau. Do đó, việc lập kế hoạch cẩn thận, bố trí phần tử có chủ ý và đánh giá bố cục kỹ lưỡng là rất quan trọng trong giai đoạn đầu của thiết kế và cũng nên sử dụng mạch RF, tránh xa các đường tương tự và một số tín hiệu kỹ thuật số rất quan trọng. Tất cả các dấu vết RF, pad và cụm phải được lấp đầy bằng đồng mặt đất càng nhiều càng tốt và được gắn vào dây mặt đất chính càng tốt. Nếu dấu vết RF phải đi qua đường tín hiệu, hãy thử định tuyến giữa chúng dọc theo một lớp dấu vết RF để nối với đường mặt đất chính. Nếu không thể, hãy chắc chắn rằng chúng vượt qua, điều này có thể giảm thiểu khớp nối điện dung. Đồng thời, đặt càng nhiều đường đất xung quanh mỗi dấu vết RF càng tốt và gắn chúng vào đường đất chính. Ngoài ra, việc giảm thiểu khoảng cách giữa các dấu vết RF song song có thể giảm thiểu khớp nối cảm ứng. Cách ly hoạt động tốt nhất khi một mặt phẳng mặt đất mạnh mẽ được đặt trực tiếp trên lớp đầu tiên bên dưới bề mặt, mặc dù các phương pháp thiết kế kín đáo khác cũng hoạt động. Trên mỗi lớp của bảng mạch PCB, đặt càng nhiều mặt đất càng tốt và kết nối chúng với mặt đất chính. Đặt các dấu vết càng gần nhau càng tốt để tăng số lượng các bản vẽ cho các lớp tín hiệu bên trong và các lớp phân phối điện, và điều chỉnh chúng một cách thích hợp để các lỗ nối đất được sắp xếp theo sơ đồ cách ly trên bề mặt. Nên tránh tiếp đất tự do ở tất cả các lớp PCB vì chúng sẽ nhặt hoặc tiêm tiếng ồn như ăng-ten nhỏ. Trong hầu hết các trường hợp, nếu bạn không thể kết nối chúng với các lục địa, thì bạn nên loại bỏ chúng.