Daghang mga kaso sa aplikasyon sa mga produkto nga pang-industriya, syentipiko, ug medikal nga radyo (ISM-RF) nga mga produkto nagpakita nga ang gipatik nga circuit board ang paghan-ay sa kini nga mga produkto hilig sa lainlaing mga depekto.Kanunay nga nahibal-an sa mga tawo nga ang parehas nga IC nga gi-install sa duha ka lainlaing mga circuit board, ang mga timailhan sa paghimo mahimong magkalainlain. Variations in operating conditions, harmonic radiation, anti-interference ability, and start-up time can explain the importance of circuit board layout in a successful design.

This article lists the various design omissions, discusses the causes of each failure, and provides suggestions on how to avoid these design defects. Niini nga papel, ang fr-4 dielectric, ang gibag-on nga 0.0625in nga doble nga layer PCB ingon usa ka pananglitan, ang ground board grounding. Operating in different frequency bands between 315MHz and 915MHz, Tx and Rx power between -120dbm and +13dBm.

Direksyon sa pagkaguba

Kung adunay duha nga mga inductor (o bisan duha nga linya sa PCB) nga hapit sa usag usa, mahitabo ang us aka inductance. The magnetic field generated by the current in the first circuit excites the current in the second circuit (Figure 1). This process is similar to the interaction between the primary and secondary coils of a transformer. When two currents interact through a magnetic field, the voltage generated is determined by mutual inductance LM:

Kung diin, ang YB ang boltahe sa sayup nga giindyeksyon sa circuit B, ang IA mao ang karon nga 1 nga naglihok sa circuit A. Ang LM sensitibo kaayo sa circuit spacing, inductance loop area (ie, magnetic flux), ug direksyon sa loop. Therefore, the best balance between compact circuit layout and reduced coupling is the correct alignment of all inductors in the direction.

FIG. 1. It can be seen from magnetic field lines that mutual inductance is related to inductance alignment direction

The direction of circuit B is adjusted so that its current loop is parallel to the magnetic field line of circuit A. Alang sa kini nga katuyoan, ingon nga perpendikular kutob sa mahimo sa matag usa, palihug pagtan-aw sa circuit layout sa ubos nga gahum nga FSK superheterodyne Receiver Evaluation (EV) board (MAX7042EVKIT) (Larawan 2). The three inductors on the board (L3, L1 and L2) are very close to each other, and their orientation at 0°, 45° and 90° helps to reduce mutual inductance.

Hulagway 2. Duha ka lainlaing mga layout sa PCB ang gipakita, ang usa niini adunay mga elemento nga gihan-ay sa sayup nga direksyon (L1 ug L3), samtang ang usa pa nga angay.

Sa katingbanan, ang mga mosunud nga prinsipyo kinahanglan sundon:

Ang inductance spacing kinahanglan kutob sa mahimo.

Ang mga inductors gihan-ay sa husto nga mga anggulo aron maminusan ang crosstalk taliwala sa mga inductor.

Mangulo sa pagkopya

Sama nga ang orientation sa mga inductors makaapekto sa magnetikong pagkabit, ingon usab ang pagkupkop kung ang mga tingga labi ka duul sa usag usa. Ang kini nga matang sa problema sa layout naghimo usab og gitawag nga mutual sensation. Usa sa labing gikabalak-an nga mga problema sa RF circuit mao ang mga kable sa mga sensitibo nga bahin sa sistema, sama sa input match network, resonant channel sa tigdawat, antena nga magkatugma nga network sa transmitter, ug uban pa.

Ang pagbalik nga karon nga agianan kinahanglan nga duul sa punoan nga karon nga agianan kutob sa mahimo aron maminusan ang radiation magnetic field. This arrangement helps to reduce the current loop area. Ang sulundon nga agianan nga low resistensya alang sa karon nga pagbalik mao ang kasagaran nga rehiyon sa yuta nga ubos sa tingga – epektibo nga gilimitahan ang lugar sa loop sa usa ka rehiyon diin ang gibag-on sa dielectric gipadaghan sa gitas-on sa tingga. Bisan pa, kung ang rehiyon sa yuta nabahin, ang lugar sa loop nagdugang (Larawan 3). For leads passing through the split region, the return current will be forced through the high resistance path, greatly increasing the current loop area. This arrangement also makes circuit leads more susceptible to mutual inductance.

Figure 3. Ang kompleto nga dako nga grounding makatabang sa pagpaayo sa paghimo sa sistema

Alang sa usa ka tinuud nga inductor, ang direksyon sa tingga adunay usab hinungdan nga epekto sa pagsumpay sa magnetikong uma. Kung ang mga tingga sa usa ka sensitibo nga sirkito kinahanglan nga duul sa matag usa, labing maayo nga ipahiangay ang mga patindog aron maminusan ang pagdugtong (Larawan 4). If vertical alignment is not possible, consider using a guard line. Alang sa laraw sa proteksyon sa wire, palihug pagdangup sa grounding ug pagpuno sa seksyon sa pagtambal sa ubus.

Figure 4. Similar to Figure 1, shows the possible coupling of magnetic field lines.

To sum up, the following principles should be followed when the plate is distributed:

Complete grounding should be ensured below the lead.

Ang sensitibo nga mga tingga kinahanglan nga ihikay nga patindog.

If the leads must be arranged in parallel, ensure adequate spacing or use guard wires.

Grounding via

Ang nag-unang problema sa layout sa RF circuit kasagaran ang suboptimal nga kinaiya nga impedance sa circuit, lakip ang mga sangkap sa circuit ug ang ilang mga kalabutan. Ang tingga nga adunay usa ka nipis nga panapton nga tumbaga katumbas sa inductance wire ug naghimo usa ka gipanghatag nga capacitance sa uban pang mga lead sa kasilinganan. Ang tingga usab nagpasundayag sa mga hiyas nga inductance ug capacitance sa pag-agi sa lungag.

The through-hole capacitance mainly comes from the capacitance formed between the copper cladding on the side of the through-hole pad and the copper cladding on the ground, separated by a fairly small ring. Another influence comes from the cylinder of the metal perforation itself. Ang sangputanan sa capacitance nga parasitiko sa kinatibuk-an gamay ug kasagaran hinungdan ra sa pagbag-o sa kadali sa digital signal (nga wala hisguti sa kini nga papel).

Ang labing kadaghan nga epekto sa through-hole mao ang induktans nga parasitiko nga gipahinabo sa katugbang nga mode sa pagsumpay. Because most metal perforations in RF PCB designs are the same size as lumped components, the effect of electrical perforations can be estimated using a simple formula (FIG. 5) :

Where, LVIA is lumped inductance through hole; H is the height of the throughhole, in inches; D ang diametro sa buho nga buho, sa pulgada 2.

Giunsa malikayan ang lainlaing mga depekto sa layout sa PCB sa mga giimprinta nga board

FIG. 5. PCB cross section used to estimate parasitic effects on through-hole structures

The parasitic inductance often has a great influence on the connection of bypass capacitors. Ang mga sulundon nga bypass capacitor naghatag hatag-as nga dalas mubu nga mga sirkito taliwala sa supply zone ug pormasyon, apan ang dili sulundon nga through-hole mahimo makaapekto sa low-sensitibo nga agianan taliwala sa pormasyon ug sa supply zone. A typical PCB through hole (d = 10 mil, h = 62.5 mil) is approximately equivalent to a 1.34nH inductor. Tungod sa piho nga kasubsob sa operasyon sa produkto nga ISM-RF, ang maagian nga mga lungag mahimong makadaot sa mga sensitibo nga mga sirkito sama sa mga resonant nga mga circuit sa channel, mga filter, ug mga parehas nga network.

Ang uban pang mga problema motumaw kung ang mga sensitibo nga sirkito adunay mga lungag, sama sa duha nga mga bukton sa usa ka type – type network. Pananglitan, pinaagi sa pagbutang us aka sulundon nga lungag nga katumbas sa lumped inductance, ang managsama nga eskematiko lahi sa orihinal nga disenyo sa circuit (FIG. 6). As with crosstalk of common current path 3, resulting in increased mutual inductance, increased crosstalk and feed-through.

How to avoid PCB design problems

Hulagway 6. Maayo sama sa dili sulundon nga mga arkitektura, adunay mga potensyal nga “signal path” sa circuit.

To sum up, circuit layout should follow the following principles:

Ensure modeling of through-hole inductance in sensitive areas.

The filter or matching network uses independent through-holes.

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

Ang gitas-on sa tingga

Ang datos sa produkto nga Maxim ISM-RF kanunay girekomenda nga gamiton ang labing mubu nga posible nga input nga adunay high-frequency ug output nga modala aron maminusan ang pagkawala ug radiation. Sa pikas nga bahin, ang ingon nga mga pagkawala sagad nga hinungdan sa dili sulundon nga mga parameter nga parasitiko, busa ang parehas nga parasitiko nga inductance ug capacitance makaapekto sa layout sa sirkito, ug ang paggamit sa labing mub-an nga mahimo nga tingga makatabang nga maminusan ang mga parameter sa parasitiko. Typically, a 10 mil wide PCB lead with a distance of 0.0625in… From a FR4 board produces an inductance of approximately 19nH/in and a distributed capacitance of approximately 1pF/in. Alang sa usa ka LAN / mixer circuit nga adunay 20nH inductor ug usa ka 3pF capacitor, ang epektibo nga kantidad nga sangkap maapektuhan pag-ayo kung ang circuit ug sangkap sa layout nga siksik.

Ipc-d-317a4 in ‘Institute for Printed Circuits’ provides an industry standard equation for estimating various impedance parameters of microstrip PCB. Ang kini nga dokumento giilisan kaniadtong 2003 sa IPC-2251 5, nga naghatag usa ka mas tukma nga pamaagi sa pagkalkula alang sa lainlaing mga lead sa PCB. Online calculators are available from a variety of sources, most of which are based on equations provided by IPC-2251. The Electromagnetic Compatibility Lab at Missouri Institute of Technology provides a very practical method for calculating PCB lead impedance 6.

The accepted criteria for calculating the impedance of microstrip lines are:

Sa pormula, ang εr mao ang kanunay nga dielectric sa dielectric, h ang kataas sa tingga gikan sa stratum, ang W mao ang gilapdon sa tingga, ug ang T mao ang gibag-on nga tingga (FIG. 7). Kung ang w / h naa sa taliwala sa 0.1 ug 2.0 ug εr naa sa taliwala sa 1 ug 15, ang mga sangputanan sa pagkalkula sa kini nga pormula husto kaayo.

Figure 7. This figure is a PCB cross section (similar to Figure 5) and represents the structure used to calculate the impedance of a microstrip line.

In order to evaluate the effect of lead length, it is more practical to determine the detuning effect of ideal circuit by lead parasitical parameters. Niini nga pananglitan, gihisgutan namon ang stray capacitance ug inductance. The standard equation of characteristic capacitance for microstrip lines is:

Sa susama, ang kinaiya nga inductance mahimong makalkula gikan sa equation pinaagi sa paggamit sa labaw sa equation:

Pananglitan, ibutang ang gibag-on sa PCB nga 0.0625in. (h = 62.5 mil), 1 onsa nga gikutuban sa tumbaga nga tingga (t = 1.35 mil), 0.01in. (w = 10 mil), ug us aka FR-4 board. Hinumdomi nga ang ε R sa FR-4 kasagaran 4.35 farad / m (F / m), apan mahimo’g gikan sa 4.0F / m hangtod 4.7F / m. Ang mga eigenvalues ​​nga nakalkula sa kini nga pananglitan mao ang Z0 = 134 ω, C0 = 1.04pF / in, L0 = 18.7nH / sa.

Alang sa usa ka disenyo nga ISM-RF, ang usa ka 12.7mm (0.5in) nga gitas-on sa layout sa mga lead sa board makahimo og mga parameter nga parasitiko nga gibanabana nga 0.5pF ug 9.3nH (Larawan 8). Ang epekto sa mga parameter nga parasitiko sa kini nga lebel sa resonant channel sa tigdawat (pagkalainlain sa produkto nga LC) mahimong magresulta sa 315MHz ± 2% o 433.92mhz ± 3.5% nga pagbag-o. Tungod sa dugang nga capacitance ug inductance nga hinungdan sa parasitic nga epekto sa tingga, ang kinatumyan sa 315MHz oscillation frequency moabut sa 312.17mhz, ug ang kinatumyan sa 433.92mhz oscillation frequency moabut sa 426.6mhz.

Another example is the resonant channel of Maxim’s superheterodyne receiver (MAX7042). The recommended components are 1.2pF and 30nH at 315MHz; At 433.92MHz, it is 0pF and 16nH. Kwentaha ang frequency oscillation sa resonant circuit pinaagi sa paggamit sa equation:

Ang pagtimbang-timbang sa resonant circuit sa plate kinahanglan nga maglakip sa mga parasito nga epekto sa pakete ug sa layout, ug ang mga parameter nga parasitiko mao ang 7.3PF ug 7.5PF matag usa sa pagkalkula sa frequency nga resonant nga 315MHz. Hinumdomi nga ang produkto nga LC nagrepresentar sa lumped capacitance.

Sa pagtapos, ang mga mosunud nga prinsipyo kinahanglan sundon:

Ipadayon ang tingga nga labing mubo kutob sa mahimo.

Ibutang ang mga yawe nga sirkito nga duul sa aparato kutob sa mahimo.

Ang mga punoan nga sangkap gihatagan bayad sumala sa tinuud nga pagpahimutang sa parasitism.

Grounding ug pagpuno sa pagtambal

The grounding or power layer defines a common reference voltage that supplies power to all parts of the system through a low resistance path. Ang pagkaparehas sa tanan nga mga uma sa kuryente sa kini nga paagi naghimo usa ka maayong mekanismo sa taming.

Ang direkta nga karon kanunay nga adunay kalagmitan nga moagos subay sa usa ka mubu nga agianan sa resistensya. Sa parehas nga paagi, mas gusto sa karon ang high-frequency nga agian sa agianan nga adunay labing ubus nga resistensya. 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).

Giunsa malikayan ang lainlaing mga depekto sa layout sa PCB sa mga giimprinta nga board

FIG. 9. Keep the formation intact as much as possible, otherwise the return current will cause crosstalk.

Filled ground, also known as guard lines, is commonly used in circuits where continuous grounding is difficult to lay or where shielding sensitive circuits is required (FIG. 10). The shielding effect can be increased by placing grounding holes (i.e. hole arrays) at both ends of the lead or along the lead. 8. Ayaw pagsagol ang wire sa guwardiya sa tingga nga gidisenyo aron makahatag us aka pagbalik nga agianan. Ang kini nga kahikayan mahimo’g ipaila ang crosstalk.

Giunsa malikayan ang lainlaing mga depekto sa layout sa PCB sa mga giimprinta nga board

FIG. 10. Kinahanglan likayan sa laraw sa sistema sa RF ang naglutaw nga mga wire nga gisul-ob nga tumbaga, labi na kung gikinahanglan ang sheathing sa tumbaga.

Ang lugar nga gisul-uban sa tumbaga wala maparehas (naglutaw) o gipasukad ra sa usa ka tumoy, nga nagpugong sa pagka-epektibo niini. In some cases, it can cause unwanted effects by forming parasitic capacitance that changes the impedance of the surrounding wiring or creates a “latent” path between circuits. Sa laktud, kung ang usa ka piraso nga tumbaga nga cladding (dili-circuit signal nga mga kable) gibutang sa circuit board aron masiguro ang usa ka parehas nga gibag-on nga plating. Kinahanglan likayan ang mga lugar nga adunay panapton nga tumbaga tungod kay nakaapekto sa disenyo sa sirkito.

Sa katapusan, siguruha nga hunahunaon ang mga epekto sa bisan unsang lugar sa yuta nga duul sa antena. Ang bisan unsang antena nga adunay monopolyo adunay rehiyon sa yuta, mga kable ug mga lungag ingon nga bahin sa sistema nga katimbangan, ug ang dili sulundon nga mga kable sa equilibrium makaapekto sa kahusayan sa radiation ug direksyon sa antena (radiation template). Therefore, the ground area should not be placed directly below the monopole PCB lead antenna.

Sa katingbanan, ang mga mosunud nga prinsipyo kinahanglan sundon:

Paghatag mga padayon ug ubos nga resistensya nga mga grounding zona kutob sa mahimo.

Ang parehas nga mga tumoy sa linya sa pagpuno adunay grounded, ug usa ka through-hole array ang gigamit kutob sa mahimo.

Ayaw pagpalutaw sa tanso nga nagsul-ot sa alambre nga dapit sa RF circuit, ayaw ibutang ang tumbaga sa palibot sa RF circuit.

Kung ang circuit board adunay sulud nga daghang mga sapaw, labi nga maayo nga maglatag usa ka yuta agi sa lungag kung ang signal cable moagi gikan sa usa ka kilid ngadto sa pikas.

Labing kadaghan nga kapasidad sa kristal

Ang kapasidad sa Parasitiko mao ang hinungdan nga magkalain ang kadaghan sa kristal gikan sa target nga kantidad nga 9. Busa, ang pipila nga mga kinatibuk-ang panudlo kinahanglan sundon aron maibanan ang stray capacitance sa mga kristal nga pin, pad, wire, o koneksyon sa mga RF device.

Ang mosunod nga mga prinsipyo kinahanglan sundon:

Ang koneksyon tali sa kristal ug aparato nga RF kinahanglan nga labing ka dali kutob sa mahimo.

Ipadayon ang mga kable sa matag usa kutob sa mahimo.

Kung ang shunt parasitic capacitance daghan kaayo, tangtanga ang grounding nga rehiyon sa ilawom sa kristal.

Paglakip sa mga kable sa planar

Planar wiring or PCB spiral inductors are not recommended. Typical PCB manufacturing processes have certain inaccuracies, such as width and space tolerances, which greatly affect the accuracy of component values. Busa, ang kadaghanan nga kontrolado ug taas nga Q inductors mga klase sa samad. Ikaduha, mahimo ka makapili multilayer ceramic inductor, naghatag usab niini nga produkto ang mga taghimo og multilayer chip capacitor. Bisan pa, ang pipila nga mga tigdesinyo nagpili mga spiral inductors kung kinahanglan nila. The standard formula for calculating planar spiral inductance is usually Wheeler’s formula 10:

Kung diin, a ang kasagaran nga radius sa coil, sa pulgada; Ang N mao ang ihap sa mga pagliko; Ang C mao ang gilapdon sa coil core (router-rinner), sa pulgada. Kung ang coil c “0.2a 11, ang pagkasibu sa pamaagi sa pagkalkula naa sa sulud sa 5%.

Ang usa ka layer nga spiral inductors nga square, hexagonal, o uban pang mga porma mahimong magamit. Maayo kaayo nga mga pagbanabana makit-an aron ma-modelo ang planar inductance sa integrated circuit wafers. Aron maangkon ang kini nga katuyoan, ang sukaranan nga pormula sa Wheeler giusab aron makakuha usa ka pamaagi sa pagbanabana sa inductance nga ayroplano nga angay sa gamay nga kadako ug kuwadradong gidak-on 12.

Kung diin, ρ ang ratio sa pagpuno :; Ang N mao ang ihap sa mga pagliko, ug ang dAVG mao ang kasagaran nga diameter:. Alang sa square helices, K1 = 2.36, K2 = 2.75.

Daghang mga hinungdan aron malikayan ang paggamit sa kini nga klase nga inductor, nga sagad moresulta sa pagkunhod sa mga kantidad sa inductance tungod sa mga limitasyon sa wanang. The main reasons for avoiding planar inductors are limited geometry and poor control of critical dimensions, which makes it impossible to predict inductor values. Dugang pa, ang tinuud nga mga kantidad sa inductance lisud makontrol sa panahon sa paggama sa PCB, ug ang inductance usab adunay tendensya nga mag-asawa sa ubang mga bahin sa circuit.