Im Design von PCB-Board, mit dem schnellen Anstieg der Frequenz wird es viele Störungen geben, die sich von denen der Niederfrequenz-Leiterplatte unterscheiden. Darüber hinaus werden diese Interferenzen mit der Zunahme der Frequenz und dem Widerspruch zwischen der Miniaturisierung und den niedrigen Kosten der Leiterplatten immer komplizierter.

In der aktuellen Forschung können wir feststellen, dass es hauptsächlich vier Aspekte von Störungen gibt, einschließlich Netzteilrauschen, Übertragungsleitungsstörungen, Kopplung und elektromagnetische Störungen (EMI). Durch die Analyse verschiedener Störungsprobleme von Hochfrequenz-Leiterplatten und die Kombination mit der Praxis in der Arbeit werden effektive Lösungen vorgeschlagen.

Erstens Netzteilrauschen

In der Hochfrequenzschaltung hat das Rauschen der Stromversorgung einen offensichtlichen Einfluss auf das Hochfrequenzsignal. Therefore, the first requirement of the power supply is low noise. Clean floors are just as important as clean electricity. Why? Die Leistungskennlinien sind in Abbildung 1 dargestellt. Offensichtlich hat das Netzteil eine bestimmte Impedanz, und die Impedanz ist über das gesamte Netzteil verteilt, daher wird das Rauschen zum Netzteil hinzugefügt.

Then we should minimize the impedance of the power supply, so it is best to have a dedicated power supply layer and grounding layer. Beim HF-Schaltungsdesign ist es in den meisten Fällen viel besser, die Stromversorgung als Schicht als als Bus auszubilden, damit die Schleife immer dem Weg der minimalen Impedanz folgen kann.

In addition, the power board must provide a signal loop for all generated and received signals on the PCB. This minimizes the signal loop and thus reduces noise, which is often overlooked by low-frequency circuit designers.

Hochfrequenz-PCB-Design tritt Interferenzlösungen auf

Abbildung 1: Leistungskennlinien

Es gibt mehrere Möglichkeiten, Leistungsrauschen im PCB-Design zu eliminieren:

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. If the opening of the power supply layer is too large, it is bound to affect the signal loop, the signal is forced to bypass, the loop area increases, and the noise increases. At the same time, if several signal lines are clustered near the opening and share the same loop, the common impedance will cause crosstalk. Siehe Abbildung 2.

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Abbildung 2: Gemeinsamer Pfad der Bypass-Signalschleife

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. Analoge und digitale Stromversorgung zu trennen: Hochfrequenzgeräte sind im Allgemeinen sehr empfindlich für digitales Rauschen, daher sollten die beiden getrennt und am Eingang der Stromversorgung miteinander verbunden werden, wenn das Signal über den analogen und digitalen Teil des Wörter, können in das Signal über eine Schleife gelegt werden, um den Schleifenbereich zu reduzieren. Die für die Signalschleife verwendete digital-analoge Spanne ist in Abbildung 3 dargestellt.

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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.

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Abbildung 4: Platzieren Sie das Netzkabel neben der Signalleitung

Two, transmission line

Es gibt nur zwei mögliche Übertragungsleitungen in einer Leiterplatte:

Das größte Problem von Bandleitungen und Mikrowellenleitungen ist die Reflexion. Reflexion wird viele Probleme verursachen. Das Lastsignal ist beispielsweise die Überlagerung des Originalsignals und des Echosignals, was die Signalanalyse erschwert. Reflexion verursacht Rückflussdämpfung (Rückflussdämpfung), die das Signal genauso stark beeinflusst wie additive Rauschstörungen:

1. Das zur Signalquelle zurückreflektierte Signal erhöht das Rauschen des Systems, wodurch es für den Empfänger schwieriger wird, Rauschen vom Signal zu unterscheiden;

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) Impedanzdiskontinuität von Übertragungsleitungen vermeiden. Der Punkt diskontinuierlicher Impedanz ist der Punkt der Übertragungsleitungsmutation, wie z. B. eine gerade Ecke, ein Durchgangsloch usw., sollte so weit wie möglich vermieden werden. Methoden: Um gerade Ecken der Linie zu vermeiden, so weit wie möglich zu gehen 45° Winkel oder Bogen, großer Winkel kann auch sein; Verwenden Sie so wenige Durchgangslöcher wie möglich, da jedes Durchgangsloch eine Impedanzdiskontinuität ist, wie in Fig. 5 gezeigt. XNUMX; Signals from the outer layer avoid passing through the inner layer and vice versa.

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Figure 5: Method for eliminating transmission line interference

(b) Do not use stake lines. Denn jede Pfahlleitung ist eine Geräuschquelle. Wenn die Pfahlleitung kurz ist, kann sie am Ende der Übertragungsleitung angeschlossen werden; Wenn die Pfahlleitung lang ist, wird die Hauptübertragungsleitung als Quelle verwendet und eine starke Reflexion erzeugt, was das Problem verkompliziert. Es wird empfohlen, es nicht zu verwenden.

Drittens die Kupplung

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.

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Abbildung 6: Gemeinsame Impedanzkopplung

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. Diese Kopplung wird stark reduziert, sodass die beiden Drähte miteinander verdrillt werden können, um Störungen zu reduzieren.

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. Die Größe des induktiven Übersprechens hängt von der Nähe der beiden Schleifen, der Größe der Schleifenfläche und der Impedanz der betroffenen Last ab.

5. Stromkabelkopplung: Die AC- oder DC-Stromkabel werden durch elektromagnetische Störungen gestört

Transfer to other devices.

There are several ways to eliminate crosstalk in PCB design:

1. Beide Arten von Übersprechen nehmen mit steigender Lastimpedanz zu, daher sollten die störempfindlichen Signalleitungen durch Übersprechen richtig abgeschlossen werden.

2. Maximieren Sie den Abstand zwischen den Signalleitungen, um kapazitives Übersprechen effektiv zu reduzieren. Massemanagement, Abstände zwischen Verdrahtungen (z. B. aktive Signalleitungen und Masseleitungen zur Isolierung, insbesondere im Zustand des Sprungs zwischen Signalleitung und Masse zu Intervall) und Reduzierung der Leitungsinduktivität.

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. Für ein spürbares Übersprechen sollte die Schleifenfläche minimiert werden, und falls zulässig, sollte die Schleife eliminiert werden.

5. Avoid signal sharing loops.

6. Achten Sie auf die Signalintegrität: Der Konstrukteur sollte Enden im Schweißprozess implementieren, um die Signalintegrität zu lösen. Designer, die diesen Ansatz verwenden, können sich auf die Mikrostreifenlänge der abschirmenden Kupferfolie konzentrieren, um eine gute Leistung der Signalintegrität zu erzielen. 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.

There are several ways to eliminate electromagnetic interference in PCB design:

1. Schleifen reduzieren: Jede Schleife entspricht einer Antenne, daher müssen wir die Anzahl der Schleifen, die Fläche der Schleifen und den Antenneneffekt von Schleifen minimieren. 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.

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Abbildung 7: Filtertypen

3. The shielding. Aufgrund des Umfangs der Ausgabe und vieler diskussionsschützender Artikel keine spezifische Einführung mehr.

4. Reduce the speed of high-frequency devices.

5. Erhöhen Sie die Dielektrizitätskonstante der PWB-Platine, die verhindern kann, dass die Hochfrequenzteile wie die Übertragungsleitung in der Nähe der Platine nach außen abstrahlen; 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. Carefully considered wiring and proper terminations can eliminate reflections.

3. Carefully considered wiring and proper terminations can reduce capacitive and inductive crosstalk.

4. Zur Erfüllung der EMV-Anforderungen ist eine Rauschunterdrückung erforderlich.