Sənaye, elmi və tibbi radio tezliyi (ISM-RF) məhsullarının çoxsaylı tətbiq halları göstərir ki çap devre bu məhsulların düzeni müxtəlif qüsurlara meyllidir.İnsanlar tez -tez eyni IC -nin iki fərqli dövrə lövhəsinə quraşdırıldığını, performans göstəricilərinin əhəmiyyətli dərəcədə fərqli olacağını görürlər. İş şəraitindəki dəyişikliklər, harmonik şüalanma, müdaxilə əleyhinə qabiliyyət və işə salınma müddəti, uğurlu bir dizaynda devre kartı düzülüşünün əhəmiyyətini izah edə bilər.

Bu məqalə müxtəlif dizayn çatışmazlıqlarını sadalayır, hər bir uğursuzluğun səbəblərini müzakirə edir və bu dizayn qüsurlarının qarşısını almaq üçün təkliflər verir. Bu yazıda, fr-4 dielektrik, 0.0625in qalınlığında iki qatlı PCB nümunəsi olaraq, devre kartı topraklama. 315MHz və 915MHz arasında fərqli tezlik diapazonlarında, -120dbm və +13dBm arasında Tx və Rx gücü ilə işləyir.

Endüktans istiqaməti

İki indüktör (və ya hətta iki PCB xətti) bir -birinə yaxın olduqda, qarşılıqlı endüktans meydana gələcək. Birinci dövrədəki cərəyanın yaratdığı maqnit sahəsi, ikinci dövrədəki cərəyanı həyəcanlandırır (Şəkil 1). Bu proses bir transformatorun ilkin və ikincil bobinləri arasındakı qarşılıqlı təsirə bənzəyir. İki cərəyan bir maqnit sahəsi ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, əmələ gələn gərginlik LM qarşılıqlı indüktansı ilə müəyyən edilir:

Burada, YB, B dövrəsinə vurulan səhv gərginliyidir, IA A dövrəsində hərəkət edən cərəyan 1 -dir. LM, dövrə aralığına, endüktans döngəsi sahəsinə (yəni maqnit axını) və döngü istiqamətinə çox həssasdır. Buna görə, kompakt dövrə düzeni ilə azaldılmış birləşmə arasındakı ən yaxşı tarazlıq, bütün endüktörlərin istiqamətdə düzgün hizalanmasıdır.

ŞƏKİL. 1. Maqnit sahə xətlərindən qarşılıqlı indüktansın endüktans hizalanma istiqaməti ilə əlaqəli olduğunu görmək olar

B dövrəsinin istiqaməti cari halqası A dövrəsinin maqnit sahəsinə paralel olaraq tənzimlənir. Bu məqsədlə, bir -birinizə mümkün qədər dik olaraq, aşağı gücə malik FSK superheterodin Alıcı Qiymətləndirmə (EV) lövhəsinin (MAX7042EVKIT) sxem sxeminə baxın (Şəkil 2). Lövhədə olan üç indüktör (L3, L1 və L2) bir -birinə çox yaxındır və onların 0 °, 45 ° və 90 ° istiqamətləndirilməsi qarşılıqlı endüktansın azalmasına kömək edir.

Şəkil 2. Biri yanlış istiqamətdə (L1 və L3) düzülmüş elementləri olan iki fərqli PCB düzeni göstərilir, digəri isə daha uyğundur.

Xülasə etmək üçün aşağıdakı prinsiplərə əməl olunmalıdır:

Endüktans aralığı mümkün qədər uzaq olmalıdır.

İndüktorlar arasındakı kəsişməni minimuma endirmək üçün induktorlar düz açılarda düzülmüşdür.

Bağlantıya rəhbərlik edin

İndüktörlərin istiqaməti maqnit birləşməsinə necə təsir edirsə, tellər bir -birinə çox yaxındırsa, birləşmə də təsir göstərir. Bu cür nizam problemi, qarşılıqlı sensasiya adlanan şeyi də yaradır. RF dövrəsinin ən çox narahat olan problemlərindən biri, sistemin həssas hissələrinin, məsələn, giriş uyğunluğu şəbəkəsinin, alıcının rezonans kanalının, ötürücünün antenə uyğun şəbəkəsinin və s.

Geri dönüş cərəyanı yolu, şüalanma maqnit sahəsini minimuma endirmək üçün əsas cərəyan yoluna mümkün qədər yaxın olmalıdır. Bu tənzimləmə, mövcud döngə sahəsini azaltmağa kömək edir. Geri dönmə cərəyanı üçün ideal aşağı müqavimət yolu ümumiyyətlə qurğunun altındakı torpaq bölgəsidir – təsirli olaraq loop sahəsini dielektrik qalınlığının qurğuşun uzunluğuna vurduğu bir bölgə ilə məhdudlaşdırır. Lakin, torpaq bölgəsi bölünsə, döngə sahəsi artır (Şəkil 3). Bölünmüş bölgədən keçən qurğular üçün, geri dönmə cərəyanı yüksək müqavimət yolu ilə keçəcək və cari döngə sahəsini xeyli artıracaqdır. Bu tənzimləmə, dövrə uclarını qarşılıqlı endüktansa daha həssas edir.

Şəkil 3. Tamamilə geniş ərazi topraklama sistemi performansını yaxşılaşdırmağa kömək edir

Həqiqi bir endüktör üçün qurğuşun istiqaməti maqnit sahəsinin birləşməsinə də əhəmiyyətli təsir göstərir. Həssas bir dövrə aparıcıları bir -birinə yaxın olmalıdırsa, birləşdiriciləri azaltmaq üçün ucları şaquli olaraq hizalamaq daha yaxşıdır (Şəkil 4). Şaquli uyğunlaşma mümkün deyilsə, bir qoruyucu xətt istifadə etməyi düşünün. Qoruyucu tel dizaynı üçün aşağıdakı topraklama və doldurma işləmə hissəsinə baxın.

Şəkil 4. Şəkil 1 -ə bənzər olaraq, maqnit sahəsi xətlərinin mümkün birləşməsini göstərir.

Xülasə etmək üçün, lövhə paylanarkən aşağıdakı prinsiplərə riayət edilməlidir:

Qurğunun altında tam topraklama təmin edilməlidir.

Həssas aparatlar şaquli olaraq yerləşdirilməlidir.

Kabellər paralel yerləşdirilməlidirsə, kifayət qədər boşluq qoyun və ya qoruyucu tellərdən istifadə edin.

Torpaqlama vasitəsilə

RF dövrə quruluşundakı əsas problem, dövrə komponentləri və onların qarşılıqlı əlaqələri də daxil olmaqla, dövrənin suboptimal xarakterik empedansıdır. İncə mis örtüklü qurğuşun endüktans telinə bərabərdir və yaxınlıqdakı digər aparatlarla paylanmış bir tutum yaradır. Qurğuşun dəlikdən keçərkən endüktans və kapasitans xüsusiyyətlərini də nümayiş etdirir.

Çuxurdan keçmə qabiliyyəti əsasən çuxur yastığının yan tərəfindəki mis örtüklə kifayət qədər kiçik bir halqa ilə ayrılan yerdəki mis örtük arasında yaranan tutumdan irəli gəlir. Digər təsir metal perforasiya silindrinin özündən gəlir. Parazitar tutumun təsiri ümumiyyətlə kiçikdir və ümumiyyətlə yüksək sürətli rəqəmsal siqnallarda kənar dəyişikliklərə səbəb olur (bu məqalədə müzakirə edilmir).

Çuxurun ən böyük təsiri müvafiq əlaqələndirmə rejiminin yaratdığı parazitar endüktansdır. RF PCB konstruksiyalarındakı metal deliklərin çoxu yığılmış komponentlərlə eyni ölçüdə olduğundan, elektrik perforasiyalarının təsiri sadə bir düsturla qiymətləndirilə bilər (Şəkil 5):

Burada, LVIA çuxurdan yığılmış endüktansdır; H, deşik hündürlüyü, düym; D, deşikin diametri, düym 2.

Çap lövhələrinin PCB düzülüşündə müxtəlif qüsurların qarşısını necə almaq olar

ŞƏKİL. 5. Çuxur quruluşlarına parazitar təsirləri qiymətləndirmək üçün istifadə olunan PCB kəsiyi

Parazitar endüktans tez -tez bypass kondansatörlərinin bağlanmasına böyük təsir göstərir. İdeal bypass kondansatörləri, tədarük zonası ilə qat arasında yüksək tezlikli qısa dövrələr təmin edir, lakin ideal olmayan deliklər meydana gəlməsi ilə tədarük bölgəsi arasındakı aşağı həssaslıq yolunu təsir edə bilər. Tipik bir PCB çuxurdan (d = 10 mil, h = 62.5 mil) təxminən 1.34nH indüktora bərabərdir. ISM-RF məhsulunun xüsusi işləmə tezliyi nəzərə alınmaqla, deşiklər rezonanslı kanal sxemləri, filtrlər və uyğun şəbəkələr kimi həssas sxemlərə mənfi təsir göstərə bilər.

Həssas sxemlər, π tipli bir şəbəkənin iki qolu kimi delikləri paylaşdıqda digər problemlər ortaya çıxır. Məsələn, toplanmış endüktansa bərabər ideal bir çuxur yerləşdirərək, ekvivalent sxem orijinal dövrə dizaynından xeyli fərqlənir (Şəkil 6). Ümumi cərəyan yolunun 3-də olduğu kimi, qarşılıqlı endüktansın artması, çarpaz keçidin artması və keçmə ilə nəticələnir.

PCB dizayn problemlərindən necə qorunmaq olar

Şəkil 6. İdeal və ideal olmayan arxitekturalarda dövrədə potensial “siqnal yolları” mövcuddur.

Xülasə etmək üçün dövrə düzeni aşağıdakı prinsiplərə riayət etməlidir:

Ensure modeling of through-hole inductance in sensitive areas.

Filtr və ya uyğun şəbəkə müstəqil deşiklərdən istifadə edir.

Note that a thinner PCB copper-clad will reduce the effect of parasitic inductance through the hole.

Qurğunun uzunluğu

Maxim ISM-RF məhsul məlumatları, itkiləri və radiasiyanı minimuma endirmək üçün mümkün olan ən qısa yüksək tezlikli giriş və çıxışlardan istifadə etməyi tövsiyə edir. Digər tərəfdən, bu cür itkilər ümumiyyətlə ideal olmayan parazitar parametrlərdən qaynaqlanır, buna görə də həm parazitar endüktans, həm də tutum tutumu dövrə sxeminə təsir edir və mümkün olan ən qısa qurğunun istifadəsi parazitar parametrləri azaltmağa kömək edir. Tipik olaraq, 10in aralığında 0.0625 mil genişliyində bir PCB qurğusu… FR4 lövhəsindən təxminən 19nH/in bir endüktans və təxminən 1pF/in paylanmış bir tutum istehsal edir. 20nH induktoru və 3pF kondansatörlü bir LAN/ mikser dövrəsi üçün, dövrə və komponent düzeni çox yığcam olduqda təsirli komponent dəyərinə böyük təsir göstəriləcəkdir.

Ipc-d-317a4, “Çap Dövrləri İnstitutu” nda, mikrostrip PCB-nin müxtəlif empedans parametrlərini qiymətləndirmək üçün sənaye standartlı bir tənlik təqdim edir. Bu sənəd 2003-cü ildə müxtəlif PCB potensialları üçün daha dəqiq hesablama metodu təmin edən IPC-2251 5 ilə əvəz edilmişdir. Onlayn kalkulyatorlar, əksəriyyəti IPC-2251 tərəfindən verilən tənliklərə əsaslanan müxtəlif mənbələrdən əldə edilə bilər. Missouri Texnologiya İnstitutunun Elektromaqnit Uyğunluq Laboratoriyası, PCB qurğuşun empedansının 6 hesablanması üçün çox praktik bir üsul təqdim edir.

Mikrostrip xətlərinin empedansını hesablamaq üçün qəbul edilmiş meyarlar:

Formulda εr, dielektrikin dielektrik sabitidir, h – təbəqədən olan qurğunun hündürlüyü, W – eni və T – qalınlıqdır (Şəkil 7). W/h 0.1 ilə 2.0 və εr 1 ilə 15 arasında olduqda, bu düsturun hesablama nəticələri olduqca dəqiqdir.

Şəkil 7. Bu rəqəm bir PCB kəsişməsidir (Şəkil 5 -ə bənzər) və mikrostrip xəttinin empedansını hesablamaq üçün istifadə olunan quruluşu təmsil edir.

Qurğuşun uzunluğunun təsirini qiymətləndirmək üçün qurğuşun parazitar parametrləri ilə ideal dövrənin detuning təsirini təyin etmək daha praktikdir. Bu nümunədə, sahibsiz kapasitans və endüktansdan bəhs edirik. Mikrostrip xətləri üçün xarakterik tutumun standart tənliyi belədir:

Eynilə, xarakterik endüktans yuxarıdakı tənlikdən istifadə edərək tənlikdən hesablana bilər:

Məsələn, bir PCB qalınlığının 0.0625in olduğunu düşünün. (h = 62.5 mil), 1 unsiya mis örtüklü qurğuşun (t = 1.35 mil), 0.01in. (w = 10 mil) və FR-4 lövhəsi. FR-4-ün ε R-nin tipik olaraq 4.35 farad/m (F/m) olduğunu, lakin 4.0F/m ilə 4.7F/m arasında dəyişə biləcəyini unutmayın. Bu nümunədə hesablanmış öz dəyərlər Z0 = 134 ω, C0 = 1.04pF/in, L0 = 18.7nH/in -dir.

AN ISM-RF dizaynı üçün, lövhədə 12.7 mm (0.5 düym) uzunluqdakı tellər təxminən 0.5pF və 9.3nH parazitar parametrlər istehsal edə bilər (Şəkil 8). Bu səviyyədəki parazitar parametrlərin alıcının rezonans kanalına təsiri (LC məhsulunun dəyişməsi) 315MHz ± 2% və ya 433.92mhz ± 3.5% variasiya ilə nəticələnə bilər. Qurğuşunun parazitar təsirindən yaranan əlavə tutum və endüktans səbəbiylə 315MHz salınım tezliyinin zirvəsi 312.17mhz -ə, 433.92mhz salınım tezliyinin zirvəsi 426.6mhz -ə çatır.

Başqa bir nümunə, Maxim superheterodin qəbuledicisinin (MAX7042) rezonanslı kanaldır. Tövsiyə olunan komponentlər 1.2MHz -də 30pF və 315nH -dir; At 433.92MHz, it is 0pF and 16nH. Tənlikdən istifadə edərək rezonans dövrənin salınım tezliyini hesablayın:

Plitənin rezonans dövrəsinin qiymətləndirilməsi paketin və planın parazitar təsirlərini əhatə etməlidir və 7.3MHz rezonans tezliyini hesablayarkən parazitar parametrlər müvafiq olaraq 7.5PF və 315PF -dir. Qeyd edək ki, LC məhsulu yığılmış tutumu təmsil edir.

Xülasə etmək üçün aşağıdakı prinsiplərə əməl olunmalıdır:

Mümkün qədər qısa şəkildə liderliyi qoruyun.

Açar sxemləri cihaza mümkün qədər yaxın qoyun.

Əsas komponentlər həqiqi layout parazitizminə görə kompensasiya olunur.

Topraklama və doldurma müalicəsi

Topraklama və ya güc təbəqəsi, aşağı müqavimət yolu ilə sistemin bütün hissələrinə enerji verən ümumi bir istinad gərginliyini təyin edir. Bütün elektrik sahələrini bu şəkildə bərabərləşdirmək yaxşı bir qoruyucu mexanizm yaradır.

Birbaşa cərəyan həmişə aşağı müqavimət yolu boyunca axmağa meyllidir. Eyni şəkildə, yüksək tezlikli cərəyan, ən aşağı müqavimətə malik olan yoldan keçir. Beləliklə, formalaşmanın üstündəki standart bir PCB mikrostrip xətti üçün, geri dönmə axını birbaşa qurğunun altındakı torpaq bölgəsinə axmağa çalışır. As described in the lead coupling section above, the cut ground area introduces various noises that increase crosstalk either through magnetic field coupling or by converging currents (Figure 9).

Çap lövhələrinin PCB düzülüşündə müxtəlif qüsurların qarşısını necə almaq olar

ŞƏKİL. 9. Mümkün qədər formalaşmanı pozulmadan saxlayın, əks halda geri dönmə cərəyanı kəsişməyə səbəb olacaq.

Qoruyucu xətlər olaraq da bilinən doldurulmuş torpaq, ümumiyyətlə davamlı topraklamanın qoyulması çətin olan və ya həssas sxemlərin qorunması lazım olan sxemlərdə istifadə olunur (Şəkil 10). Qoruyucu effekt, telin hər iki ucunda və ya qurğunun kənarında torpaqlama delikləri (yəni çuxur massivləri) yerləşdirməklə artırıla bilər. 8. Qoruma telini geri cərəyan yolu təmin etmək üçün nəzərdə tutulmuş qurğuşunla qarışdırmayın. Bu tənzimləmə crosstalk təqdim edə bilər.

Çap lövhələrinin PCB düzülüşündə müxtəlif qüsurların qarşısını necə almaq olar

ŞƏKİL. 10. RF sisteminin dizaynı, xüsusən mis örtük tələb olunarsa, üzən mis örtüklü tellərdən çəkinməlidir.

Mis örtüklü sahə yalnız bir ucunda torpaqlanmır (üzmür) və ya torpaqlanmır, bu da onun effektivliyini məhdudlaşdırır. Bəzi hallarda, ətrafdakı naqillərin impedansını dəyişdirən və ya sxemlər arasında “gizli” bir yol yaradan parazitar tutum meydana gətirərək arzuolunmaz təsirlərə səbəb ola bilər. Qısacası, ardıcıl bir örtük qalınlığını təmin etmək üçün dövrə lövhəsinə bir mis örtük (qeyri-dövrə siqnal naqili) qoyulursa. Mis örtüklü sahələr, dövrənin dizaynına təsir göstərdiyindən çəkinilməlidir.

Nəhayət, antenin yaxınlığındakı hər hansı bir torpaq sahəsinin təsirini nəzərə aldığınızdan əmin olun. Hər hansı bir monopol antenada sistemin tarazlığının bir hissəsi olaraq torpaq sahəsi, naqilləri və delikləri olacaq və ideal olmayan tarazlıq naqilləri antenin radiasiya səmərəliliyinə və istiqamətinə təsir edəcək (radiasiya şablonu). Buna görə də, torpaq sahəsi birbaşa monopol PCB qurğuşun anteninin altına yerləşdirilməməlidir.

Xülasə etmək üçün aşağıdakı prinsiplərə əməl olunmalıdır:

Mümkün olduğu qədər davamlı və aşağı müqavimətli topraklama zonaları təmin edin.

Doldurma xəttinin hər iki ucu topraklanır və mümkün olduğu qədər bir deşik silsiləsi istifadə olunur.

RF dövrəsinin yanında mis örtüklü tel üzməyin, RF dövrəsinin ətrafına mis çəkməyin.

Dövrə lövhəsində birdən çox təbəqə varsa, siqnal kabeli bir tərəfdən digərinə keçərkən çuxurdan bir zəmin qoymaq yaxşıdır.

Həddindən artıq kristal tutumu

Parazitar tutum kristal tezliyinin hədəf 9 -dan kənara çıxmasına səbəb olacaq. Buna görə də, kristal sancaqlar, yastıqlar, tellər və ya RF cihazlarına qoşulma qabiliyyətini azaltmaq üçün bəzi ümumi qaydalara riayət edilməlidir.

Aşağıdakı prinsiplərə riayət edilməlidir:

Kristal və RF cihazı arasındakı əlaqə mümkün qədər qısa olmalıdır.

Kabelləri bir -birinizdən mümkün qədər uzaq tutun.

Şant parazitar tutumu çox böyükdürsə, kristalın altındakı torpaqlama hissəsini çıxarın.

Planar naqillərin endüktansı

Planar naqillər və ya PCB spiral induktorları tövsiyə edilmir. Tipik PCB istehsal proseslərində, komponent dəyərlərinin düzgünlüyünə çox təsir edən genişlik və boşluq toleransları kimi müəyyən qeyri -dəqiqliklər var. Bu səbəbdən ən çox idarə olunan və yüksək Q indüktorlar yara tiplidir. İkincisi, çox qatlı keramika indüktörünü seçə bilərsiniz, çox qatlı çip kondansatör istehsalçıları da bu məhsulu təmin edir. Buna baxmayaraq, bəzi dizaynerlər lazım olduqda spiral induktorları seçirlər. Düz spiral endüktansın hesablanması üçün standart düstur ümumiyyətlə Wheeler’in 10 düsturudur:

Burada, a – bobinin orta radiusu, düym; N – dönüş sayı; C, bobin nüvəsinin (yönləndirici-yuyucusu) genişliyidir, düymdür. Bobin c “0.2a 11 olduqda, hesablama metodunun dəqiqliyi 5%-dir.

Kvadrat, altıbucaqlı və ya digər formalı tək qatlı spiral indüktorlar istifadə edilə bilər. İnteqrasiya edilmiş dövrə plitələrində planar endüktansı modelləşdirmək üçün çox yaxşı təxmini tapıla bilər. Bu məqsədə çatmaq üçün, standart Wheeler düsturu kiçik ölçülü və kvadrat ölçüləri 12 üçün uyğun bir təyyarə endüktans qiymətləndirmə metodu əldə etmək üçün dəyişdirilir.

Harada, ρ doldurma nisbəti :; N, dönmə sayıdır və dAVG orta diametrdir :. Kvadrat sarmallar üçün K1 = 2.36, K2 = 2.75.

Məkan məhdudiyyətləri səbəbindən ümumiyyətlə endüktans dəyərlərinin azalması ilə nəticələnən bu tip indüktördən istifadə etməməyin bir çox səbəbi var. Düzbucaqlı indüktörlərdən çəkinməyin əsas səbəbləri məhdud həndəsə və kritik ölçülərin yoxlanılmasıdır ki, bu da induktor dəyərlərinin proqnozlaşdırılmasını mümkünsüz edir. Bundan əlavə, PCB istehsalı zamanı həqiqi endüktans dəyərlərini idarə etmək çətindir və endüktans da dövrənin digər hissələrinə səs -küy salmağa meyllidir.