Thông tin PCB - Thiết kế mạch PCB RF

Thiết kế mạch RF PCB

Với sự phát triển của công nghệ truyền thông, công nghệ mạch RF cầm tay ngày càng được sử dụng rộng rãi, chẳng hạn như máy nhắn tin không dây, điện thoại di động, PDA không dây, v.v. Các chỉ số hiệu suất của mạch RF ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của toàn bộ sản phẩm. Một trong những tính năng lớn nhất của các sản phẩm cầm tay này là thu nhỏ, có nghĩa là mật độ của các thành phần rất cao, làm cho sự can thiệp lẫn nhau giữa các thành phần (bao gồm SMD, SMC, chip trần, v.v.) rất nổi bật. Nếu tín hiệu EMI không được xử lý đúng cách, toàn bộ hệ thống mạch có thể không hoạt động đúng. Do đó, làm thế nào để ngăn chặn và ức chế nhiễu điện từ và cải thiện khả năng tương thích điện từ đã trở thành một chủ đề rất quan trọng trong thiết kế PCB mạch RF. Các chỉ số hiệu suất của cùng một mạch cho các cấu trúc thiết kế PCB khác nhau sẽ khác nhau rất nhiều.

Đầu tiên, xác định vị trí của các thành phần giao diện trên PCB với các bảng hoặc hệ thống PCB khác và chú ý đến sự phối hợp giữa các thành phần giao diện (chẳng hạn như hướng của các thành phần). Vì thiết bị cầm tay có kích thước rất nhỏ và các thành phần được sắp xếp rất nhỏ gọn, đối với các thành phần lớn hơn, các vị trí tương ứng phải được ưu tiên và sự phối hợp giữa chúng phải được xem xét. Phân tích cẩn thận cấu trúc mạch, mạch xử lý khối (chẳng hạn như mạch khuếch đại tần số cao, mạch trộn, mạch giải điều chế, v.v.), cố gắng tách tín hiệu điện mạnh khỏi tín hiệu điện yếu, tách mạch tín hiệu kỹ thuật số khỏi mạch tín hiệu tương tự, và cố gắng sắp xếp các mạch hoàn thành chức năng tương tự trong một phạm vi nhất định để giảm diện tích vòng lặp tín hiệu; Mạng lọc của các bộ phận khác nhau của mạch phải được kết nối gần nhau để không chỉ giảm bức xạ mà còn giảm xác suất nhiễu. Các mạch đơn vị được nhóm theo độ nhạy của chúng đối với khả năng tương thích điện từ đang sử dụng. Các thành phần dễ bị nhiễu trong mạch cũng nên được bố trí để tránh các nguồn nhiễu (chẳng hạn như nhiễu từ CPU trên bảng xử lý dữ liệu).

Sau khi bố cục của các thành phần cơ bản đã hoàn thành, đã đến lúc bắt đầu định tuyến. Nguyên tắc cơ bản của hệ thống dây là khi mật độ lắp ráp cho phép, hãy chọn thiết kế hệ thống dây mật độ thấp nhất có thể và hệ thống dây tín hiệu phải càng dày càng tốt, có lợi cho việc kết hợp trở kháng. Đối với mạch RF, thiết kế không hợp lý về hướng, chiều rộng và khoảng cách của các đường tín hiệu có thể gây nhiễu chéo giữa các đường truyền tín hiệu; Ngoài ra, bản thân nguồn điện của hệ thống cũng có nhiễu tiếng ồn, vì vậy khi thiết kế mạch RF PCB, phải xem xét toàn diện và định tuyến hợp lý. Khi đi dây, tất cả các dây phải được đặt cách xa khung bảng PCB (khoảng 2mm) để tránh đứt dây hoặc gãy trong quá trình sản xuất bảng PCB. Dây nguồn phải càng rộng càng tốt để giảm điện trở vòng lặp. Đồng thời, hướng của dây nguồn và dây mặt đất phải phù hợp với hướng truyền dữ liệu để cải thiện khả năng chống nhiễu; Đường tín hiệu phải càng ngắn càng tốt và số lượng lỗ thủng nên được giảm thiểu; Kết nối giữa các thành phần càng ngắn càng tốt để giảm các thông số phân phối và nhiễu điện từ lẫn nhau; Các đường tín hiệu không tương thích nên tránh xa nhau, cố gắng tránh dây song song, trong khi các đường tín hiệu ở cả hai bên của hướng tích cực nên vuông góc với nhau; Trong quá trình định tuyến, các địa chỉ cần rẽ phải sử dụng góc 135 ° để tránh rẽ phải. Khi đi dây, đường dây kết nối trực tiếp với miếng đệm không nên quá rộng, và dây phải càng xa các bộ phận không được kết nối càng tốt để tránh ngắn mạch; Quá lỗ không được áp dụng cho các yếu tố và nên tránh càng xa các yếu tố bị hỏng càng tốt để tránh các hiện tượng như hàn giả, hàn liên tục, ngắn mạch trong sản xuất. Trong thiết kế mạch RF PCB, việc định tuyến chính xác các dây nguồn và dây mặt đất là đặc biệt quan trọng. Thiết kế hợp lý là phương tiện quan trọng nhất để vượt qua nhiễu điện từ.

Một số lượng đáng kể các nguồn gây nhiễu trên bảng mạch PCB được tạo ra bởi nguồn điện và dây mặt đất, trong đó dây mặt đất gây nhiễu tiếng ồn lớn nhất. Lý do chính khiến dây mặt đất dễ hình thành nhiễu điện từ là dây mặt đất có trở kháng. Khi dòng điện chạy qua đường đất, điện áp được tạo ra trên đường đất, dẫn đến dòng điện vòng của đường đất, tạo ra nhiễu mạch của đường đất. Khi nhiều mạch chia sẻ một đoạn đường đất, một khớp nối trở kháng chung được hình thành, tạo ra cái gọi là nhiễu đường đất. Vì vậy, khi định tuyến dây mặt đất của mạch RF PCB, chúng ta nên làm như sau: Đầu tiên, chúng ta nên chặn mạch. Mạch RF về cơ bản có thể được chia thành các phần như khuếch đại tần số cao, trộn tần số, giải điều chế, dao động cục bộ, v.v. Chúng ta nên cung cấp cho mỗi mô-đun mạch một điểm tham chiếu tiềm năng chung, đó là đường đất của mỗi mạch mô-đun, để tín hiệu có thể được truyền giữa các mô-đun mạch khác nhau. Sau đó, nơi PCB mạch RF được kết nối với dây nối đất, dây nối đất được tóm tắt. Vì chỉ có một điểm tham chiếu, không có khớp nối trở kháng chung và do đó không có vấn đề can thiệp lẫn nhau. Các dây mặt đất trong khu vực kỹ thuật số và khu vực tương tự nên được cách ly càng nhiều càng tốt, và mặt đất kỹ thuật số phải được tách ra khỏi mặt đất tương tự và cuối cùng được kết nối với mặt đất nguồn. Các đường đất bên trong các bộ phận khác nhau của mạch cũng nên chú ý đến nguyên tắc nối đất một điểm, giảm thiểu diện tích của vòng lặp tín hiệu và kết nối gần với địa chỉ của mạch lọc tương ứng. Nếu không gian cho phép, tốt nhất là cô lập từng mô-đun bằng dây nối đất để ngăn chặn hiệu ứng ghép tín hiệu lẫn nhau.

Chìa khóa cho thiết kế mạch RF PCB là làm thế nào để giảm khả năng bức xạ và cải thiện khả năng chống nhiễu. Bố trí hợp lý và định tuyến là sự đảm bảo cho thiết kế mạch RF PCB. Phương pháp được mô tả trong bài viết này có lợi cho việc cải thiện độ tin cậy của thiết kế PCB mạch RF, giải quyết các vấn đề nhiễu điện từ và đạt được mục đích tương thích điện từ. Với sự gia tăng của công nghệ IoT, các thiết bị điện tử đang trở nên phổ biến hơn để mang các chức năng truyền thông không dây. Công nghệ truyền thông không dây được thực hiện dựa trên mạch RF PCB, đòi hỏi các công cụ phân tích thiết kế và mô phỏng chuyên nghiệp.