Công nghệ PCB - Năm tiêu chuẩn cho RF PCB Design Guide

Trong lĩnh vực thiết kế PCB tần số vô tuyến, vẫn còn nhiều điều chưa biết và không chắc chắn trong các hệ thống lý thuyết công cộng hiện có, điều này thường khiến nó được ngành công nghiệp coi là một "kỹ năng bí ẩn". Nói chung, đối với các thiết kế mạch dưới dải vi sóng, bao gồm cả các mạch kỹ thuật số tần số thấp và tần số thấp, thành công thiết kế thường có thể đạt được cùng một lúc, miễn là chúng được hiểu đầy đủ và tuân theo các nguyên tắc thiết kế khác nhau và được lên kế hoạch cẩn thận. Tuy nhiên, tình hình trở nên phức tạp hơn khi nói đến các mạch kỹ thuật số loại PC ở tần số trên vi sóng và tần số cao. Trong các vùng tần số cao này, thường cần phải trải qua hai đến ba phiên bản lặp lại của thiết kế PCB để đảm bảo sự ổn định và hiệu suất của mạch.

Năm tiêu chuẩn hàng đầu cho thiết kế PCB RF

1) Trong thiết kế PCB của tần số vô tuyến công suất thấp, vật liệu FR4 tiêu chuẩn chủ yếu được sử dụng (hiệu suất cách nhiệt tốt, vật liệu đồng nhất, hằng số điện môi là 4, 10%). Chủ yếu sử dụng vật liệu tấm từ 4 đến 6 tầng. Trong trường hợp chi phí rất nhạy cảm, các tấm đôi có độ dày dưới 1mm có thể được sử dụng. Hãy chắc chắn rằng mặt trái là sự hình thành đầy đủ. Trong khi đó, độ dày của tấm đôi là hơn 1mm, làm cho môi trường FR4 dày hơn giữa lớp hình thành và lớp tín hiệu. Để làm cho trở kháng của đường tín hiệu RF lên tới 50 ohms, chiều rộng của dấu vết tín hiệu thường là khoảng 2 mm, điều này làm cho việc phân phối không gian của bảng điều khiển trở nên khó khăn. Đối với các tấm bốn lớp, thông thường chỉ sử dụng dây tín hiệu RF ở tầng trên cùng, tầng thứ hai là mặt đất hoàn chỉnh và tầng thứ ba là nguồn điện. Lớp dưới cùng thường sử dụng các đường tín hiệu kỹ thuật số để kiểm soát trạng thái của các thiết bị RF (ví dụ: thiết lập các đường tín hiệu clk, dữ liệu và LE.) Tốt hơn là không làm cho nguồn điện của lớp thứ ba trở thành mặt phẳng liên tục, nhưng làm cho các đường dây điện của mỗi thiết bị RF được phân phối theo hình sao và cuối cùng được kết nối với một điểm. Không vượt qua dấu vết nguồn của thiết bị RF lớp thứ ba với đường dây kỹ thuật số ở tầng dưới cùng.

2) Đối với PCB tín hiệu hỗn hợp, phần RF và phần analog phải cách xa phần kỹ thuật số (khoảng cách này thường trên 2 cm, ít nhất 1 cm), và phần nối đất của phần kỹ thuật số phải được tách ra khỏi phần RF. Nghiêm cấm sử dụng nguồn điện chuyển mạch để cung cấp điện trực tiếp cho một phần tần số vô tuyến. Lý do chính là các gợn của nguồn chuyển đổi điều chế tín hiệu trong phần RF. Điều chế này có xu hướng làm hỏng đáng kể tín hiệu tần số vô tuyến, dẫn đến hậu quả chết người. Trong điều kiện bình thường, đầu ra của nguồn chuyển mạch có thể đi qua một cuộn dây choke lớn, một bộ lọc và sau đó thông qua LDO tiếng ồn thấp (MIC5207, MIC5265 series của Microl). Đối với các mạch RF điện áp cao, công suất cao, LM1085, LM1083, v.v.) có thể được xem xét để cung cấp năng lượng cho các mạch RF.

3) Trong RF PCB, mỗi thành phần phải được sắp xếp chặt chẽ để đảm bảo kết nối ngắn nhất giữa mỗi thành phần. Đối với mạch ADF4360-7, khoảng cách giữa cuộn cảm VCO trên các chân 9 và 10 và chip ADF4360 phải càng ngắn càng tốt để đảm bảo rằng các cuộn cảm nối tiếp phân tán do kết nối giữa cuộn cảm và chip được giảm thiểu. Đối với các chân nối đất của mỗi thiết bị RF trên bo mạch, bao gồm các chân nối điện trở, tụ điện, cảm ứng và chân nối đất (GND), các lỗ khoan và mặt phẳng nối đất nên được khoan càng gần chân nối đất (lớp thứ hai) càng tốt.

4) Khi chọn các thành phần hoạt động trong môi trường tần số cao, hãy sử dụng càng nhiều thành phần gắn trên bề mặt càng tốt. Điều này là do các thành phần gắn trên bề mặt thường có kích thước nhỏ hơn và các dây dẫn lắp ráp rất ngắn. Bằng cách này, ảnh hưởng của các tham số bổ sung gây ra bởi chân của phần tử và hệ thống dây điện bên trong của phần tử có thể được giảm thiểu. Đặc biệt đối với các điện trở tách rời, tụ điện và các thành phần cảm ứng, việc sử dụng các gói nhỏ hơn (0603 0402) rất hữu ích trong việc cải thiện tính ổn định và nhất quán của mạch.

5) Trong bố trí và thiết kế PCB, các thiết bị hoạt động hoạt động trong môi trường tần số cao thường có nhiều chân nguồn. Tại thời điểm này, bạn phải chú ý đến việc đặt một chân nguồn riêng biệt gần mỗi chân nguồn (khoảng 1 mm). Ngay cả đối với điện dung, giá trị điện dung là khoảng 100nF. Khi không gian bảng cho phép, nên sử dụng hai tụ điện tách rời cho mỗi chân với các giá trị tụ điện lần lượt là 1nF và 100nF. Thông thường, tụ gốm làm từ X5R hoặc X7R được sử dụng. Đối với cùng một thiết bị hoạt động RF, các chân nguồn khác nhau có thể cung cấp năng lượng cho các thành phần chức năng khác nhau trong thiết bị (chip) và mỗi thành phần chức năng trong chip có thể hoạt động ở các tần số khác nhau. Ví dụ, ADF4360 có ba chân nguồn cung cấp năng lượng cho VCO, PFD và các thành phần kỹ thuật số trên chip. Ba phần này thực hiện các chức năng hoàn toàn khác nhau và tần suất hoạt động khác nhau. Một khi tiếng ồn tần số thấp của phần kỹ thuật số được truyền qua dấu vết công suất đến phần VCO, tần số đầu ra của VCO có thể được điều chế bởi tiếng ồn đó, dẫn đến sự phân tán khó loại bỏ.

Để ngăn chặn điều này xảy ra, ngoài việc sử dụng các tụ điện tách rời riêng biệt, các chân nguồn cho mỗi thành phần chức năng của thiết bị RF hoạt động phải được kết nối với nhau bằng các hạt cảm ứng (khoảng 10uH). Thiết kế này rất có lợi cho việc cải thiện hiệu suất cô lập của LO-RF và LO-IF, các bộ trộn hoạt động bao gồm khuếch đại đệm LO và khuếch đại đệm RF.