Шматлікія выпадкі прымянення прамысловых, навуковых і медыцынскіх радыёчастотных вырабаў (ISM-RF) паказваюць, што друкаваная плата макет гэтых вырабаў схільны да розных дэфектаў.Людзі часта выяўляюць, што адзін і той жа ІС, усталяваны на двух розных платах, паказчыкі прадукцыйнасці будуць істотна адрознівацца. Варыяцыі ў рабочых умовах, гарманічнае выпраменьванне, здольнасць да перашкод і час запуску могуць растлумачыць важнасць размяшчэння друкаванай платы ў паспяховым праектаванні.

У гэтым артыкуле пералічваюцца розныя хібы праектавання, абмяркоўваюцца прычыны кожнай няспраўнасці, а таксама прапановы аб тым, як пазбегнуць гэтых дэфектаў канструкцыі. У гэтай працы, дыэлектрык fr-4, таўшчыня 0.0625 цалі, двухслаёвая друкаваная плата, напрыклад, зазямленне друкаванай платы. Працуе ў розных дыяпазонах частот ад 315 МГц да 915 МГц, магутнасць Tx і Rx паміж -120 дБм і +13 дБм.

Напрамак індуктыўнасці

Калі два індуктара (ці нават дзве лініі друкаванай платы) знаходзяцца блізка адзін да аднаго, узнікне ўзаемная індуктыўнасць. Магнітнае поле, якое ствараецца токам у першай ланцугу, узбуджае ток у другой ланцугу (малюнак 1). Гэты працэс падобны да ўзаемадзеяння паміж першаснай і другаснай катушкамі трансфарматара. Пры ўзаемадзеянні двух токаў праз магнітнае поле генеруецца напружанне вызначаецца ўзаемнай індуктыўнасцю LM:

Дзе YB – напружанне памылкі, уведзенае ў контур B, IA – ток 1, які дзейнічае на ланцуг A. LM вельмі адчувальны да інтэрвалу ланцугоў, плошчы завесы індуктыўнасці (г.зн. магнітнага патоку) і кірунку завесы. Такім чынам, лепшы баланс паміж кампактнай схемай і паніжанай сувяззю – гэта правільнае выраўноўванне ўсіх індуктараў па кірунку.

Мал. 1. З ліній магнітнага поля відаць, што ўзаемная індуктыўнасць звязана з напрамкам выраўноўвання індуктыўнасці

Напрамак ланцуга В адрэгуляваны так, што яго контур току паралельны лініі магнітнага поля ланцуга А. Для гэтага, максімальна перпендыкулярна адзін аднаму, звярніцеся да схемы схемы платы ацэнкі прыёмапрыёмніка (EV) малой магутнасці FSK (MAX7042EVKIT) (Малюнак 2). Тры індуктара на плаце (L3, L1 і L2) знаходзяцца вельмі блізка адзін да аднаго, і іх арыентацыя на 0 °, 45 ° і 90 ° дапамагае знізіць ўзаемную індуктыўнасць.

Малюнак 2. Паказаны два макеты друкаваных плат, адзін з якіх мае элементы, размешчаныя ў няправільным кірунку (L1 і L3), а другі больш падыходзіць.

Падводзячы вынік, варта прытрымлівацца наступных прынцыпаў:

Адлегласць паміж індуктыўнасцю павінна быць як мага далей.

Індуктары размешчаны пад прамым вуглом, каб мінімізаваць перакрыжаванне паміж індуктарамі.

Вядзіце муфту

Падобна таму, як арыентацыя катушак індукцыі ўплывае на магнітную сувязь, гэтак жа ўплывае і сувязь, калі выводы знаходзяцца занадта блізка адзін да аднаго. Такая праблема макета таксама вырабляе тое, што называецца ўзаемным адчуваннем. Адна з найбольш заклапочаных праблем радыёчастотнай схемы – гэта праводка адчувальных частак сістэмы, такіх як сетка супадзення ўваходу, рэзанансны канал прымача, сетка адпаведнасці антэны перадатчыка і г.д.

Шлях зваротнага току павінен быць максімальна набліжаны да асноўнага шляху току, каб мінімізаваць магнітнае поле выпраменьвання. Такое размяшчэнне дапамагае паменшыць плошчу бягучага цыкла. Ідэальным шляхам нізкага супраціву для зваротнага току звычайна з’яўляецца вобласць зазямлення пад адвядзеннем – эфектыўна абмяжоўваючы вобласць завесы вобласцю, дзе таўшчыня дыэлектрыка памнажаецца на даўжыню адводу. Аднак, калі вобласць зямлі падзелена, плошча завесы павялічваецца (малюнак 3). Для вывадаў, якія праходзяць праз падзеленую вобласць, зваротны ток будзе вымушаны праходзіць праз шлях высокага супраціву, што значна павялічвае плошчу токавай пятлі. Такое размяшчэнне таксама робіць адвод схем больш успрымальным да ўзаемнай індуктыўнасці.

Малюнак 3. Поўнае зазямленне вялікай плошчы дапамагае палепшыць прадукцыйнасць сістэмы

Для рэальнага індуктара кірунак адвядзення таксама мае значны ўплыў на сувязь магнітнага поля. Калі вывады адчувальнай ланцуга павінны знаходзіцца блізка адзін да аднаго, лепш выраўноўваць іх па вертыкалі, каб паменшыць сувязь (малюнак 4). Калі вертыкальнае выраўноўванне немагчыма, падумайце аб выкарыстанні ахоўнай лініі. Для афармлення ахоўнага провада звярніцеся да раздзела апрацоўкі зазямлення і залівання ніжэй.

Малюнак 4. Падобна малюнку 1, паказвае магчымую сувязь ліній магнітнага поля.

Падводзячы вынік, пры размеркаванні пласціны варта прытрымлівацца наступных прынцыпаў:

Complete grounding should be ensured below the lead.

Адчувальныя вывады павінны размяшчацца вертыкальна.

Калі вывады павінны размяшчацца паралельна, забяспечце адпаведны інтэрвал або выкарыстоўвайце ахоўныя драты.

Зазямленне праз

Асноўнай праблемай размяшчэння ВЧ -схемы звычайна з’яўляецца неаптымальны характэрны супраціў ланцуга, у тым ліку кампаненты схемы і іх ўзаемасувязі. Вывад з тонкім медным пакрыццём эквівалентны дроту індуктыўнасці і ўтварае размеркаваную ёмістасць з іншымі вывадамі паблізу. Свінец таксама праяўляе ўласцівасці індуктыўнасці і ёмістасці пры праходжанні праз адтуліну.

Ёмістасць скразных адтулін у асноўным паступае ад ёмістасці, утворанай паміж меднай ашалёўкай збоку ад накладкі праз скразныя адтуліны і меднай ашалёўкай на зямлі, падзеленай даволі невялікім кольцам. Іншы ўплыў зыходзіць ад цыліндру самой металічнай перфарацыі. Эфект паразітнай ёмістасці, як правіла, невялікі і звычайна выклікае толькі змяненне краёў у высакахуткасных лічбавых сігналах (што не абмяркоўваецца ў гэтай працы).

Найбольшы эфект скразной адтуліны-паразітная індуктыўнасць, выкліканая адпаведным рэжымам злучэння. Паколькі большасць металічных перфарацый у ВЧ -друкаваных друкаваных платах маюць той жа памер, што і кампаненты з лімфайдурам, эфект электрычнай перфарацыі можна ацаніць з дапамогай простай формулы (мал. 5):

Дзе LVIA – індуктыўнасць праз адтуліну; H – вышыня скважыны, у цалях; D – дыяметр адтуліны, у цалях 2.

Як пазбегнуць розных дэфектаў макета друкаванай платы на друкаванай плаце

Мал. 5. Папярочны перасек друкаванай платы, які выкарыстоўваецца для ацэнкі паразітарнага ўздзеяння на канструкцыі скразных адтулін

Паразітычная індуктыўнасць часта аказвае вялікі ўплыў на злучэнне байпасных кандэнсатараў. Ідэальныя байпасныя кандэнсатары забяспечваюць высокачашчынныя кароткія замыканні паміж зонай падачы і пластом, але неідэальныя скразныя адтуліны могуць паўплываць на шлях нізкай адчувальнасці паміж пластом і зонай падачы. Звычайная друкаваная плата праз адтуліну (d = 10 млн, ч = 62.5 млн) прыкладна эквівалентная індуктару 1.34 нГн. Улічваючы ўдзельную частату працы прадукта ISM-RF, скразныя адтуліны могуць негатыўна паўплываць на адчувальныя схемы, такія як схемы рэзанансных каналаў, фільтры і адпаведныя сеткі.

Іншыя праблемы ўзнікаюць, калі адчувальныя схемы падзяляюць адтуліны, напрыклад, два рукавы сеткі π -тыпу. Напрыклад, размясціўшы ідэальнае адтуліну, эквівалентнае індуктыўнасці ў счапленні, схема эквівалента моцна адрозніваецца ад арыгінальнай схемы (мал. 6). Як і ў выпадку перакрыжаваных перашкод агульнага шляху току 3, што прыводзіць да павелічэння ўзаемнай індуктыўнасці, павелічэння перакрыжаванняў і прадукцыйнасці.

Як пазбегнуць праблем з дызайнам друкаванай платы

Малюнак 6. Ідэальная ў параўнанні з неідэальнай архітэктурай, у схеме ёсць патэнцыйныя “сігнальныя шляху”.

Падводзячы вынік, схема размяшчэння схемы павінна прытрымлівацца наступных прынцыпаў:

Ensure modeling of through-hole inductance in sensitive areas.

Фільтр або адпаведная сетка выкарыстоўвае незалежныя скразныя адтуліны.

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

Даўжыня адвядзення

Дадзеныя прадукцыі Maxim ISM-RF часта рэкамендуюць выкарыстоўваць максімальна кароткія высокачашчынныя ўводы і вывады для мінімізацыі страт і выпраменьвання. З іншага боку, такія страты звычайна выклікаюцца неідэальнымі паразітнымі параметрамі, таму паразітычная індуктыўнасць і ёмістасць уплываюць на кампаноўку схемы, а выкарыстанне максімальна кароткага адвядзення дапамагае знізіць паразітычныя параметры. Звычайна кабель друкаванай платы шырынёй 10 міль з адлегласцю 0.0625 дюйма … З платы FR4 выпрацоўваецца індуктыўнасць прыкладна 19 нГн/у і размеркаваная ёмістасць прыкладна 1 пФ/у. Для ланцуга лакальнай сеткі/ змяшальніка з індуктарам 20 нГн і кандэнсатарам 3 пФ эфектыўнае значэнне кампанента моцна паўплывае, калі схема і кампанент кампанента вельмі кампактныя.

Ipc-d-317a4 у “Інстытуце друкаваных плат” дае галіновае стандартнае ўраўненне для ацэнкі розных параметраў супраціву мікрапалосавай друкаванай платы. Гэты дакумент быў заменены ў 2003 г. IPC-2251 5, які забяспечвае больш дакладны метад разліку для розных вывадаў друкаванай платы. Інтэрнэт-калькулятары даступныя з розных крыніц, большасць з якіх заснавана на раўнаннях, прадстаўленых МПК-2251. Лабараторыя электрамагнітнай сумяшчальнасці ў Тэхналагічным інстытуце Місуры дае вельмі практычны метад для вылічэння супраціву свінцу друкаванай платы 6.

Прынятыя крытэрыі для разліку супраціву мікрапалосавых ліній:

У формуле εr – дыэлектрычная пранікальнасць дыэлектрыка, h – вышыня адвядзення ад пласта, W – шырыня адвядзення, T – таўшчыня адвядзення (мал. 7). Калі w/h ад 0.1 да 2.0 і εr ад 1 да 15, вынікі разліку гэтай формулы даволі дакладныя.

Малюнак 7. Гэты паказчык уяўляе сабой перасек друкаванай платы (аналагічны малюнку 5) і ўяўляе сабой структуру, якая выкарыстоўваецца для разліку супраціву мікрапалосавай лініі.

Для таго, каб ацаніць эфект даўжыні адвядзення, больш практычным з’яўляецца вызначэнне эфекту адладкі ідэальнай схемы па паразітычных параметрах свінцу. У гэтым прыкладзе мы абмяркоўваем рассякальную ёмістасць і індуктыўнасць. Стандартнае ўраўненне характарыстычнай ёмістасці для мікрапалосавых ліній:

Аналагічным чынам характарыстычная індуктыўнасць можа быць вылічана з раўнання з дапамогай прыведзенага вышэй раўнання:

Напрыклад, выкажам здагадку, што таўшчыня друкаванай платы 0.0625 дюйма. (ч = 62.5 млн), свінец з унцыяй з унцыяй (т = 1 млн), 1.35 цалі (w = 0.01 млн) і дошка FR-10. Звярніце ўвагу, што ε R FR-4 звычайна складае 4.35 фарад/м (F/m), але можа вагацца ад 4.0F/м да 4.7F/м. Уласныя значэнні, разлічаныя ў гэтым прыкладзе, складаюць Z0 = 134 ω, C0 = 1.04 пФ/у, L0 = 18.7 нГн/у.

Для канструкцыі AN ISM-RF даўжыня макетаў на плаце 12.7 мм (0.5 цалі) можа стварыць паразітычныя параметры прыкладна 0.5 пФ і 9.3 нГн (малюнак 8). Уплыў паразітных параметраў на гэтым узроўні на рэзанансны канал прымача (варыянт прадукту ЖК) можа прывесці да змены 315 МГц ± 2% або 433.92 мГц ± 3.5%. Дзякуючы дадатковай ёмістасці і індуктыўнасці, выкліканай паразітным уздзеяннем свінцу, пік частоты ваганняў 315 МГц дасягае 312.17 мГц, а пік частоты ваганняў 433.92 мГц дасягае 426.6 мгц.

Іншы прыклад – рэзанансны канал супергетеродинного прымача Максіма (MAX7042). Рэкамендуемыя кампаненты – 1.2 пФ і 30 нГн на 315 МГц; At 433.92MHz, it is 0pF and 16nH. Вылічыце частату ваганняў рэзананснай ланцуга, выкарыстоўваючы ўраўненне:

Ацэнка рэзананснай схемы пласціны павінна ўключаць паразітычныя эфекты пакета і макета, а паразітычныя параметры – 7.3PF і 7.5PF адпаведна пры вылічэнні рэзананснай частаты 315MHz. Звярніце ўвагу, што прадукт LC ўяўляе сабой зліплую ёмістасць.

Падводзячы вынік, трэба прытрымлівацца наступных прынцыпаў:

Трымайце лідэрства як мага карацей.

Размясціце ланцужкі ключоў як мага бліжэй да прылады.

Асноўныя кампаненты кампенсуюцца ў адпаведнасці з фактычным паразітаваннем макета.

Апрацоўка зазямлення і залівання

Узровень зазямлення або магутнасці вызначае агульнае апорнае напружанне, якое забяспечвае харчаванне ўсе часткі сістэмы праз шлях нізкага супраціву. Выраўноўванне ўсіх электрычных палёў такім чынам стварае добры ахоўны механізм.

Пастаянны ток заўсёды імкнецца працякаць па шляху нізкага супраціву. Такім жа чынам высокачашчынны ток пераважна працякае па шляху з найменшым супрацівам. So, for a standard PCB microstrip line above the formation, the return current tries to flow into the ground region directly below the lead. 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).

Як пазбегнуць розных дэфектаў макета друкаванай платы на друкаванай плаце

Мал. 9. Трымайце фармацыю максімальна цэлай, інакш зваротны ток выкліча перакрыжаванне.

Насыпаны грунт, таксама вядомы як ахоўныя лініі, звычайна выкарыстоўваецца ў схемах, дзе суцэльнае зазямленне складана пракласці або дзе патрабуецца экранаванне адчувальных ланцугоў (мал. 10). Экраніруючы эфект можна павялічыць, размясціўшы адтуліны для зазямлення (гэта значыць адтуліны) на абодвух канцах вываду або ўздоўж вываду. 8. Не змешвайце ахоўны провад з провадам, прызначаным для забеспячэння шляху зваротнага току. Такое размяшчэнне можа ўнесці перакрыжаванне.

Як пазбегнуць розных дэфектаў макета друкаванай платы на друкаванай плаце

Мал. 10. Канструкцыя ВЧ -сістэмы павінна пазбягаць плаваючых медных правадоў, асабліва калі патрабуецца медная абалонка.

Апранутая ў медзь зона не заземлена (плавае) або заземлена толькі на адным канцы, што абмяжоўвае яе эфектыўнасць. У некаторых выпадках гэта можа выклікаць непажаданыя наступствы, утвараючы паразітную ёмістасць, якая змяняе супраціў навакольнага праводкі або стварае «схаваны» шлях паміж ланцугамі. Карацей кажучы, калі кавалак меднай ашалёўкі (сігнальная разводка без ланцугоў) пракладзены на друкаванай плаце для забеспячэння паслядоўнай таўшчыні пакрыцця. Варта пазбягаць участкаў, пакрытых меддзю, паколькі яны ўплываюць на канструкцыю схемы.

Нарэшце, не забудзьцеся разгледзець наступствы любой зямлі каля антэны. Любая манапольная антэна будзе мець зямлю, праводку і адтуліны ў рамках раўнавагі сістэмы, а неідэальная раўнаважная разводка паўплывае на эфектыўнасць выпраменьвання і кірунак антэны (шаблон выпраменьвання). Такім чынам, тэрыторыя зямлі не павінна размяшчацца непасрэдна пад вядучай антэнай друкаванай платы.

Падводзячы вынік, варта прытрымлівацца наступных прынцыпаў:

Забяспечце бесперапынныя зоны зазямлення з нізкім супрацівам, наколькі гэта магчыма.

Абодва канцы залівачнай лініі заземлены, і па магчымасці выкарыстоўваецца скразны масіў.

Не плавайце медны провад побач з ВЧ -ланцугом, не кладзіце медзь вакол ВЧ -ланцуга.

Калі плата змяшчае некалькі слаёў, лепш пракласці грунт праз адтуліну, калі сігнальны кабель пераходзіць з аднаго боку на іншы.

Празмерная ёмістасць крышталя

Паразітная ёмістасць прывядзе да адхілення частоты крышталя ад мэтавага значэння 9. Такім чынам, варта прытрымлівацца некаторых агульных рэкамендацый, каб знізіць разбэшчаную ёмістасць крышталічных штыфтоў, калодкі, правады або злучэння з ВЧ -прыладамі.

Варта прытрымлівацца наступных прынцыпаў:

Сувязь паміж крышталем і ВЧ -прыладай павінна быць максімальна кароткай.

Трымайце праводку адзін ад аднаго як мага далей.

Калі паразітная ёмістасць шунта занадта вялікая, выдаліце ​​вобласць зазямлення ніжэй крышталя.

Плоская індуктыўнасць праводкі

Плоская праводка або спіральныя індуктары з друкаванай платы не рэкамендуюцца. Тыповыя працэсы вытворчасці друкаваных поплаткаў маюць пэўныя недакладнасці, напрыклад, дапускі па шырыні і прасторы, якія значна ўплываюць на дакладнасць значэнняў кампанентаў. Такім чынам, большасць кантраляваных і высокіх індуктараў Q маюць раневы тып. Па -другое, вы можаце выбраць шматслаёвы керамічны індуктар, вытворцы шматслойных чып -кандэнсатараў таксама прадастаўляюць гэты прадукт. Тым не менш, некаторыя дызайнеры выбіраюць спіральныя індуктары, калі гэта неабходна. The standard formula for calculating planar spiral inductance is usually Wheeler’s formula 10:

Дзе, а – сярэдні радыус шпулькі, у цалях; N – колькасць віткоў; C-шырыня стрыжня катушкі (маршрутызатар-змывальнік), у цалях. Пры змеявіку c «0.2a 11 дакладнасць метаду разліку знаходзіцца ў межах 5%.

Можна выкарыстоўваць аднаслаёвыя спіральныя індуктары квадратнай, шасцікутнай або іншай формы. Вельмі добрыя набліжэння можна знайсці для мадэлявання плоскаснай індуктыўнасці на пласцінах інтэгральнай схемы. Для дасягнення гэтай мэты стандартная формула Уілера зменена, каб атрымаць плоскі метад ацэнкі індуктыўнасці, прыдатны для малых памераў і квадратных памераў 12.

Дзе, ρ – каэфіцыент напаўнення :; N – колькасць віткоў, а dAVG – сярэдні дыяметр :. Для квадратных спіраляў К1 = 2.36, К2 = 2.75.

Ёсць шмат прычын пазбягаць выкарыстання індуктара гэтага тыпу, якія звычайна прыводзяць да зніжэння значэнняў індуктыўнасці з -за абмежавання прасторы. Асноўныя прычыны пазбягання плоскіх індуктараў – абмежаваная геаметрыя і дрэнны кантроль крытычных памераў, што робіць немагчымым прагназаванне значэнняў індуктара. Акрамя таго, фактычныя значэнні індуктыўнасці цяжка кантраляваць падчас вытворчасці друкаваных поплаткаў, а індуктыўнасць таксама мае тэндэнцыю звязваць шум з іншымі часткамі ланцуга.