In u cuncepimentu di Cunsigliu PCB, cù u rapidu aumentu di frequenza, ci saranu assai interferenze chì sò sfarente di quella di u PCB di bassa frequenza. Inoltre, cù l’aumentu di a frequenza è a cuntradizioni trà a miniaturizazione è u low cost di a scheda PCB, queste interferenze diventeranu sempre di più cumplicate.

In a ricerca attuale, pudemu cunclude chì ci sò principalmente quattru aspetti di interferenze, cumprese u rumu di l’alimentazione elettrica, interferenza di linea di trasmissione, accoppiamento è interferenza elettromagnetica (EMI). Attraversu l’analisi di vari prublemi di interferenza di PCB ad alta frequenza è a cunghjunzione cù a pratica in u travagliu, sò presentate soluzioni efficaci.

Prima, u rumore di l’alimentazione

In u circuitu d’alta frequenza, u rumu di l’alimentazione hà una influenza evidente nantu à u signale di alta frequenza. Therefore, the first requirement of the power supply is low noise. I pavimenti puliti sò impurtanti quant’è l’elettricità pulita. Perchè? E caratteristiche di potenza sò mostrate in Figura 1. Ovviamente, l’alimentazione hà una certa impedenza, è l’impedenza hè distribuita nantu à tutta l’alimentazione, dunque, u rumu serà aghjuntu à l’alimentazione.

Then we should minimize the impedance of the power supply, so it is best to have a dedicated power supply layer and grounding layer. In a cuncezzione di circuiti hf, hè assai megliu cuncepisce l’alimentazione cum’è stratu chè cum’è bus in a maiò parte di i casi, affinchì u ciclu possa sempre seguità u percorsu di impedenza minima.

Inoltre, a scheda di alimentazione deve furnisce un loop di segnale per tutti i segnali generati è ricevuti nantu à u PCB. Què minimizza u ciclu di u signale è riduce cusì u rumu, chì hè spessu trascuratu da i cuncettori di circuiti à bassa frequenza.

U cuncepimentu PCB ad alta frequenza si faci suluzione d’interferenza

Figura 1: Caratteristiche di potenza

Ci hè parechje manere di eliminà u rumu di putenza in u cuncepimentu PCB:

1. Note the through hole on the board: the through hole requires etched openings on the power supply layer to leave space for the through hole to pass through. Se l’apertura di u stratu di l’alimentazione hè troppu grande, hà da influenzà u ciclu di u signale, u signale hè furzatu à aggirassi, a zona di u ciclu aumenta, è u rumore aumenta. At the same time, if several signal lines are clustered near the opening and share the same loop, the common impedance will cause crosstalk. Vede a Figura 2.

U cuncepimentu PCB ad alta frequenza si faci suluzione d’interferenza

Figura 2: Percorsu cumunu di loop di signale di bypass

2. The connection line needs enough ground: each signal needs to have its own proprietary signal loop, and the loop area of the signal and loop is as small as possible, that is to say, the signal and loop should be parallel.

3. Alimentazione analogica è numerica da separà: i dispositivi à alta frequenza sò generalmente assai sensibili à u rumu digitale, allora i dui devenu esse separati, cunnessi inseme à l’entrata di l’alimentazione elettrica, se u signale attraversu e parti analogiche è numeriche di u parolle, ponu esse piazzate in u signale attraversu un ciclu per riduce a zona di u ciclu. U spaziu digitale-analogicu adupratu per u ciclu di signale hè mostratu in Figura 3.

U cuncepimentu PCB ad alta frequenza si faci suluzione d’interferenza

Figure 3: Digital – analog span for signal loop

4. Avoid overlapping of separate power supplies between layers: otherwise circuit noise can easily pass through parasitic capacitive coupling.

5. Isolate sensitive components: such as PLL.

6. Place the power cable: To reduce the signal loop, place the power cable on the edge of the signal line to reduce the noise, as shown in Figure 4.

U cuncepimentu PCB ad alta frequenza si faci suluzione d’interferenza

Figura 4: Mette u cavu d’alimentazione accantu à a linea di signale

Two, transmission line

Ci hè solu duie linee di trasmissione pussibule in un PCB:

U prublema più grande di a linea di nastro è di a linea di microonde hè a riflessione. A riflessione pruvucarà parechji prublemi. Per esempiu, u signale di carica serà a superposizione di u signale originale è u signale ecu, chì aumenterà a difficultà di l’analisi di u signale. A riflessione provoca una perdita di ritornu (perdita di ritornu), chì affetta u signale quant’è male cum’è interferenza di rumore additivu:

1. U signale riflessu torna à a surghjente di u signale aumenterà u rumu di u sistema, rendendu più difficiule per u ricevitore di distingue u rumu da u signale;

2. Any reflected signal will basically degrade the signal quality and change the shape of the input signal. Generally speaking, the solution is mainly impedance matching (for example, the impedance of the interconnection should very match the impedance of the system), but sometimes the calculation of impedance is more troublesome, you can refer to some transmission line impedance calculation software. The methods of eliminating transmission line interference in PCB design are as follows:

(a) Evite a discontinuità di impedenza di e linee di trasmissione. U puntu di impedenza discontinua hè u puntu di a mutazione di a linea di trasmissione, cum’è l’angulu dirittu, u foru attraversu, ecc., Deve esse evitata u più pussibule. Metodi: Per evità anguli diritti di a linea, finu à u pussibule per andà à 45 ° Angulu o arcu, un Angulu grande pò ancu esse; Aduprà u più pochi fori attraversanti pussibuli, perchè ogni foru attraversu hè una discontinuità di impedenza, cum’è mostru in FIG. 5; Signals from the outer layer avoid passing through the inner layer and vice versa.

U cuncepimentu PCB ad alta frequenza si faci suluzione d’interferenza

Figure 5: Method for eliminating transmission line interference

(b) Do not use stake lines. Perchè ogni linea di pile hè una fonte di rumore. Se a linea di pile hè corta, pò esse cunnessa à a fine di a linea di trasmissione; Se a linea di pile hè longa, piglierà a linea di trasmissione principale cum’è fonte è produrrà una grande riflessione, chì complicerà u prublema. Hè cunsigliatu di ùn aduprà micca.

Terzu, l’accoppiamentu

1. Common impedance coupling: it is a common coupling channel, that is, the interference source and the interfered device often share some conductors (such as loop power supply, bus, and common grounding), as shown in Figure 6.

U cuncepimentu PCB ad alta frequenza si faci suluzione d’interferenza

Figura 6: accoppiamentu cumunu di impedenza

In this channel, the drop back of the Ic causes a common-mode voltage in the series current loop, affecting the receiver.

2. The field common-mode coupling will cause the radiation source to cause common-mode voltages in the loop formed by the interfered circuit and on the common reference surface.

If the magnetic field is dominant, the value of the common-mode voltage generated in the series ground circuit is Vcm=-(△B/△t)* area (where △B= change in magnetic induction intensity). If it is an electromagnetic field, when its electric field value is known, its induced voltage: Vcm=(L* H *F*E)/48, the formula is suitable for L(m)=150MHz, beyond this limit, the calculation of the maximum induced voltage can be simplified as: Vcm=2* H *E.

3. Differential mode field coupling: refers to the direct radiation by wire pair or circuit board on the lead and its loop induction received. If you get as close to the two wires as possible. Stu accoppiamentu hè assai riduttu, cusì i dui fili ponu esse torcuti inseme per riduce l’interferenze.

4. Inter-line coupling (crosstalk) can cause unwanted coupling between any line or parallel circuit, which will greatly damage the performance of the system. Its type can be divided into capacitive crosstalk and perceptual crosstalk.

The former is because the parasitic capacitance between the lines makes the noise on the noise source coupled to the noise receiving line through current injection. The latter can be thought of as the coupling of signals between the primary stages of an unwanted parasitic transformer. A dimensione di crosstalk induttiva dipende da a vicinanza di i dui cicli, da a dimensione di a zona di u ciclu, è da l’impedenza di a carica affettata.

5. Accoppiu di cavu di putenza: I cavi di putenza ac o DC sò interferiti da interferenze elettromagnetiche

Trasferisce à altri dispositivi.

There are several ways to eliminate crosstalk in PCB design:

1. I dui tippi di diafunia aumentanu cù l’aumentu di l’impedenza di carica, cusì e linee di segnale sensibili à l’interferenze causate da a diafonia anu da esse currettamente terminate.

2. Maximizà a distanza trà e linee di signale per riduce in modu efficace a crosstalk capacitiva. Gestione di u terrenu, spaziamentu trà i fili (cume e linee di segnale attive è e linee di terra per l’isulamentu, in particulare in u statu di saltu trà a linea di segnale è a terra à l’intervallu) è riduce l’induttanza di piombu.

3. Capacitive crosstalk can also be effectively reduced by inserting a ground wire between adjacent signal lines, which must be connected to the formation every quarter of a wavelength.

4. Per una crosstalk sensibile, l’area di u ciclu deve esse minimizzata, è se hè permessa, u ciclu deve esse eliminatu.

5. Avoid signal sharing loops.

6. Attenti à l’integrità di u signale: u cuncepitore deve mette in opera e fine in u prucessu di saldatura per risolve l’integrità di u signale. I cuncettori chì utilizanu questu approcciu ponu fighjà nantu à a lunghezza di microstrip di u fogliu di rame di schermatura per uttene una bona prestazione di integrità di u segnale. For systems with dense connectors in the communication structure, the designer can use a PCB as the terminal.

Four, electromagnetic interference

As the speed increases, EMI becomes more and more serious and presents in many aspects (such as electromagnetic interference at interconnects). High-speed devices are particularly sensitive to this and will receive high-speed spurious signals, while low-speed devices will ignore such spurious signals.

Ci hè parechje manere di eliminà l’interferenza elettromagnetica in u cuncepimentu di PCB:

1. Riduce i cicli: Ogni ciclu hè equivalente à un’antenna, allora ci vole à minimizà u numeru di cicli, l’area di i cicli è l’effettu di l’antenna di i cicli. Make sure the signal has only one loop path at any two points, avoid artificial loops and use the power layer whenever possible.

2. Filtering: Filtering can be used to reduce EMI on both the power line and the signal line. There are three methods: decoupling capacitor, EMI filter and magnetic element. EMI filter is shown in Figure 7.

U cuncepimentu PCB ad alta frequenza si faci suluzione d’interferenza

Figura 7: Tipi di filtri

3. The shielding. Cum’è un risultatu di a durata di u numeru più assai di discussione chì prutegge l’articuli, ùn hè più introduzione specifica.

4. Reduce the speed of high-frequency devices.

5. Aumenta a costante dielettrica di u bordu PCB, chì pò impedisce à e parti à alta frequenza cume a linea di trasmissione vicinu à u bordu di irradia fora; Increase the thickness of PCB board, minimize the thickness of microstrip line, can prevent electromagnetic line spillover, can also prevent radiation.

At this point, we can conclude that in hf PCB design, we should follow the following principles:

1. Unification and stability of power supply and ground.

2. Cablaggio cunsidaratu cù cura è terminazioni adatte ponu eliminà e riflessioni.

3. Cablaggio attentamente cunsideratu è terminazioni adatte ponu riduce a crosstalk capacitiva è induttiva.

4. A suppressione di u rumu hè necessaria per soddisfà i requisiti EMC.