Tin tức về PCB - Phương pháp thiết kế PCB Board cho 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 phân vùng điện có thể tiếp tục được chia thành các phân vùng được sử dụng để phân phối điện, định tuyến RF, các mạch và tín hiệu nhạy cảm và nối đất.

1 Chúng tôi thảo luận về phân vùng vật lý. Bố trí phần tử là chìa khóa để đạt được thiết kế RF tốt. Kỹ thuật hiệu quả nhất là bắt đầu bằng cách 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 tách mạch công suất cao và mạch công suất thấp càng nhiều càng tốt.

Phương pháp xếp chồng bảng PCB hiệu quả nhất là sắp xếp mặt phẳng mặt đất chính (mặt đất chính) trên lớp thứ hai bên dưới lớp bề mặt và định tuyến càng nhiều dây RF trên lớp bề mặt càng tốt. Giảm thiểu kích thước của các lỗ trên đường dẫn RF không chỉ làm giảm cảm biến đường đi mà còn làm giảm các mối hàn ảo trên mặt đất chính và giảm cơ hội rò rỉ năng lượng RF đến các khu vực khác trong 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/bộ 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 nối đất giữa chúng càng nhiều càng tốt. Đường dẫn RF chính xác là rất quan trọng đối với hiệu suất của toàn bộ bảng PCB, đó là lý do tại sao bố trí thành phần thường chiếm phần lớn thời gian trong thiết kế bảng PCB 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 tấm sang bên kia. Một kỹ thuật phổ biến là sử dụng các lỗ mù ở cả hai bên. Bằng cách sắp xếp các lỗ thông qua trong một khu vực không có nhiễu RF ở cả hai bên của bảng PCB, tác động bất lợi của lỗ thông qua có thể được giảm thiểu. 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. Tấm chắn kim loại phải được hàn trên mặt đất và phải được bảo quản cùng với các bộ phận. 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 càng nhiều càng tốt. Các đường tín hiệu kỹ thuật số đi vào lá chắn kim loại nên đi càng xa càng tốt đến 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 xung quanh khoảng trống càng tốt và mặt đất trên các lớp khác nhau có thể được kết nối với nhau bằng nhiều lỗ quá mức.

3 Việc tách rời công suất chip thích hợp và hiệu quả cũng rất quan trọng. Nhiều chip RF có mạch tuyến tính tích hợp rất nhạy cảm với tiếng ồn 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 công suất được lọc ra. 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 áp dụng cho việc tách nguồn điện ở phía cuộn cảm này. Một số chip đòi hỏi nhiều nguồn điện để hoạt động, vì vậy bạn có thể cần hai đến ba bộ tụ điện và cuộn cảm để tách riêng. Các cuộn cảm hiếm khi song song với nhau, vì điều này tạo thành một máy biến áp rỗng và gây nhiễu lẫn 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.

Các nguyên tắc của phân vùng điện gần giống như phân vùng vật lý, nhưng 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 dòng điện 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 của 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 phản hồi lại đầu vào của chúng ở pha và biên độ thích hợp, thì chúng có thể có 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 tín hiệu nhiễu và điều chế lẫn nhau vào tín hiệu RF. Nếu đường tín hiệu RF phải quay trở lại đầu ra từ đầu vào của bộ lọc, 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, đầu tiên một mặt đất phải được đặt xung quanh bộ lọc, sau đó nó phải được đặt ở khu vực thấp hơn của bộ lọc và kết nối với mặt 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 cho điều này. 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. Có thể có một số khó khăn trong việc định tuyến thực tế. Bộ đệm có thể được sử dụng để cải thiện hiệu quả cách ly vì nó có thể chia tín hiệu giống nhau thành hai phần và được sử dụng 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 thiết kế. Chúng có thể đi theo các mạch cần được điều khiển, do đó, quỹ đạo đầu ra công suất cao rất ngắn. 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 điện áp thay đổi thành tần số thay đổi. Chức năng này được sử dụng để chuyển đổi kênh tốc độ cao, nhưng chúng cũng chuyển đổi tiếng ồn theo dõi trên điện áp điều khiển thành những thay đổi tần số nhỏ, cho phép tín hiệu RF tăng tiếng ồn.

5 Để đảm bảo tiếng ồn không tăng, cần phải xem xét các khía cạnh sau: Thứ nhất, băng thông dự kiến của đường điều khiển có thể nằm trong khoảng từ DC đến 2MHz, loại bỏ tiếng ồn băng thông rộng này bằng bộ lọc gần như không thể; 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 chặt với 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 VCO có thể dễ dàng bị nhiễu với 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 nó cần một tấm chắn 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. Bởi vì mạch cộng hưởng chứa khá nhiều thành phần, có một khu vực phân phối rộng 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 bố trí 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 này phải ở rất gần với tụ điện 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 khả năng xử lý những thay đổi nhanh chóng về cường độ tín hiệu gửi và nhận, các mạch AGC được yêu cầu phải có băng thông khá rộng, giúp dễ dàng giới thiệu tiếng ồn bộ khuếch đại AGC trên một số mạch quan trọng. 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, nối đất tốt cũng không thể thiếu, nguồn điện của chip phải tách rời rất tốt. Nếu cần chạy dây dài ở đầu vào hoặc đầu ra, tốt nhất là chạy ở đầu ra. Thông thường, đầu ra có trở kháng thấp hơn nhiều và không dễ gây 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 được sử dụng để che chắn và tách các đường tín hiệu thường quan trọng như nhau. Do đó, trong giai đoạn đầu của thiết kế, lập kế hoạch cẩn thận, bố trí thành phần có chủ ý và đánh giá bố cục kỹ lưỡng là rất quan trọng 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 mặt đất chính càng tốt. Nếu dấu vết RF phải đi qua đường tín hiệu, hãy thử định tuyến một lớp dọc theo dấu vết RF giữa chúng để nối đất với mặt đất chính. Nếu điều đó là không thể, hãy chắc chắn rằng họ vượt qua để giảm thiểu khớp nối điện dung. Trong khi đó, đặt càng nhiều mặt đất càng tốt xung quanh mỗi dấu vết RF và kết nối chúng với mặt 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 mặt phẳng mặt đất rắn được đặt trực tiếp vào lớp đầu tiên bên dưới bề mặt, mặc dù các phương pháp thiết kế kín đáo khác cũng sẽ 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 càng tốt để tăng số lượng bản vẽ cho các lớp tín hiệu và phân phối bên trong và điều chỉnh chúng một cách thích hợp để các lỗ nối đất có thể được bố trí cho các bản vẽ cách ly trên bề mặt. Nên tránh tiếp đất tự do trên các lớp khác nhau của PCB vì chúng có thể nhận hoặc tiêm tiếng ồn giống như ăng-ten nhỏ. Trong hầu hết các trường hợp, nếu bạn không thể kết nối chúng với đất chính, thì tốt nhất bạn nên loại bỏ chúng.