Multaj aplikaj kazoj de industriaj, sciencaj kaj medicinaj radiofrekvencoj (ISM-RF) produktoj montras, ke la presita cirkvito aranĝo de ĉi tiuj produktoj inklinas al diversaj difektoj.Homoj ofte trovas, ke la sama IC instalita sur du malsamaj cirkvitplatoj, rendimento-indikiloj estos signife malsamaj. Varioj de funkciaj kondiĉoj, harmonia radiado, kontraŭinterfera kapablo kaj starttempo povas klarigi la gravecon de cirkvita tabela aranĝo en sukcesa projektado.

Ĉi tiu artikolo listigas la diversajn projektajn preterlasojn, diskutas la kaŭzojn de ĉiu fiasko kaj donas sugestojn pri kiel eviti ĉi tiujn projektajn difektojn. En ĉi tiu papero, fr-4-dielektrika, 0.0625in-dika duobla tavolo PCB kiel ekzemplo, la cirkvita tabulo surgrundiĝas. Funkciante en malsamaj frekvencaj bandoj inter 315MHz kaj 915MHz, Tx kaj Rx-potenco inter -120dbm kaj + 13dBm.

Induktanca direkto

Kiam du induktiloj (aŭ eĉ du PCB-linioj) estas proksimaj unu al la alia, reciproka indukto okazos. La magneta kampo generita de la kurento en la unua cirkvito ekscitas la kurenton en la dua cirkvito (Figuro 1). Ĉi tiu procezo similas al la interago inter la primaraj kaj duarangaj bobenoj de transformilo. Kiam du fluoj interagas tra magneta kampo, la tensio generita estas determinita per reciproka induktanco LM:

Kie, YB estas la erara tensio injektita en cirkviton B, IA estas la kurento 1 aganta sur cirkvito A. LM estas tre sentema al cirkvita interspaco, indukta bukla areo (te magneta fluo) kaj bukla direkto. Tial, la plej bona ekvilibro inter kompakta cirkvita aranĝo kaj reduktita kuplado estas la ĝusta vicigo de ĉiuj induktiloj en la direkto.

FIG. 1. El magnetaj kampaj linioj videblas, ke reciproka induktanco rilatas al induktanca viciga direkto

La direkto de cirkvito B estas ĝustigita tiel ke ĝia aktuala buklo estas paralela al la magneta kampa linio de cirkvito A. Tiucele, laŭeble perpendikulare unu al la alia, bonvolu raporti al la cirkvita aranĝo de la tabulo (EV7042) ricevilo (EV2) superheterodina ricevilo (MAXXNUMXEVKIT) de malalta potenco (Figuro XNUMX). La tri induktiloj sur la tabulo (L3, L1 kaj L2) estas tre proksimaj unu al la alia, kaj ilia orientiĝo ĉe 0 °, 45 ° kaj 90 ° helpas redukti reciprokan induktancon.

Figuro 2. Du malsamaj PCB-aranĝoj estas montritaj, unu el kiuj havas la elementojn aranĝitajn en la malĝusta direkto (L1 kaj L3), dum la alia pli taŭgas.

Resume, la jenaj principoj devas esti sekvataj:

La indukta interspaco devas esti laŭeble.

Induktiloj estas aranĝitaj rektangule por minimumigi interkruciĝon inter induktiloj.

Gvidi la kupladon

Same kiel la orientiĝo de induktiloj influas magnetan kupladon, tiel ankaŭ la kuplado se la kondukiloj estas tro proksimaj unu al la alia. Ĉi tia aranĝo-problemo ankaŭ produktas tion, kio nomiĝas reciproka sento. Unu el la plej koncernaj problemoj de RF-cirkvito estas la drataro de sentemaj partoj de la sistemo, kiel ekzemple la eniga kongrua reto, resonanca kanalo de la ricevilo, anteno kongruanta reto de la dissendilo, ktp.

La revena kurenta vojo estu kiel eble plej proksima al la ĉefa kurenta vojo por minimumigi la radiadan magnetan kampon. Ĉi tiu aranĝo helpas redukti la nunan buklan areon. La ideala malalta rezistpado por la revenfluo estas kutime la grunda regiono sub la antaŭeco – efike limigante la buklareon al regiono kie la dikeco de la dielektriko estas multobligita per la longo de la antaŭeco. Tamen, se la tera regiono estas dividita, la bukla areo pliiĝas (Figuro 3). Por plumboj pasantaj tra la dividita regiono, la revenfluo estos devigita tra la alta rezistpado, multe pliigante la nunan buklareon. Ĉi tiu aranĝo ankaŭ igas cirkvitajn plumbojn pli susceptibles al reciproka induktanco.

Figuro 3. Kompleta granda areo surgrundiĝanta helpas plibonigi sisteman rendimenton

Por efektiva induktilo, plumba direkto ankaŭ efikas grave sur magneta kampa kuplado. Se la kondukiloj de sentema cirkvito devas esti proksimaj unu al la alia, plej bone estas vicigi la kondukilojn vertikale por redukti kupladon (Figuro 4). Se vertikala vicigo ne eblas, konsideru uzi gardan linion. Por projektado de protekta drato, bonvolu raporti al la sekcio de surtera surteriĝo kaj plenigado.

Figuro 4. Simile al Figuro 1, montras la eblan kupladon de magnetaj kampaj linioj.

Resume, la jenaj principoj devas esti sekvataj kiam la telero estas distribuita:

Complete grounding should be ensured below the lead.

Sentemaj kondukoj estu aranĝitaj vertikale.

Se la kondukiloj devas esti aranĝitaj paralele, certigu taŭgan interspacon aŭ uzu gardodratojn.

Terkonektado per

La ĉefa problemo pri RF-cirkvita aranĝo kutime estas la neoptima karakteriza impedanco de la cirkvito, inkluzive de la cirkvitaj komponantoj kaj iliaj interligoj. La plumbo kun maldika kupra tegaĵo ekvivalentas al la indukta drato kaj formas distribuitan kapaciton kun aliaj plumboj en la ĉirkaŭaĵo. La plumbo ankaŭ montras induktancon kaj kapacitancajn propraĵojn dum ĝi trapasas la truon.

La tra-trua kapacitanco ĉefe venas de la kapacitanco formita inter la kupra tegaĵo sur la flanko de la tra-trua kuseneto kaj la kupra tegaĵo sur la tero, apartigita per sufiĉe malgranda ringo. Alia influo venas de la cilindro de la metala borado mem. La efiko de parazita kapacitanco estas ĝenerale malgranda kaj kutime nur kaŭzas randan variadon en altrapidaj ciferecaj signaloj (kio ne estas priparolita en ĉi tiu artikolo).

La plej granda efiko de la tra-truo estas la parazita induktanco kaŭzita de la responda interliga reĝimo. Ĉar plej multaj metalaj truadoj en RF-PCB-projektoj havas la saman grandecon kiel bulaj eroj, la efiko de elektraj truadoj povas esti taksata per simpla formulo (FIG. 5):

Kie, LVIA estas buligita induktanco tra truo; H estas la alteco de la trua truo, en coloj; D estas la diametro de la trua truo, en coloj 2.

Kiel eviti diversajn difektojn en PCB-aranĝo de presitaj tabuloj

FIG. 5. PCB-sekco uzata por taksi parazitajn efikojn al truaj strukturoj

La parazita induktanco ofte influas la ligon de kromangiaj kondensiloj. Idealaj kromangiaj kondensiloj provizas altfrekvencajn kurtajn cirkvitojn inter la proviza zono kaj la formacio, sed ne-idealaj tratruoj povas influi la malalt-senteman vojon inter la formado kaj la proviza zono. Tipa PCB tra truo (d = 10 mil, h = 62.5 mil) estas proksimume ekvivalenta al induktilo de 1.34nH. Konsiderante la specifan operacian oftecon de la produkto ISM-RF, la truoj povas negative influi sentemajn cirkvitojn kiel resonancajn kanalajn cirkvitojn, filtrilojn kaj kongruajn retojn.

Aliaj problemoj ekestas se sentemaj cirkvitoj dividas truojn, kiel ekzemple la du brakoj de π-tipa reto. Ekzemple, metante idealan truon ekvivalentan al buligita induktanco, la ekvivalenta skemo tute diferencas de la originala cirkvita projektado (FIG. 6). Kiel ĉe krucbabilo de komuna aktuala vojo 3, rezultigante pliigitan reciprokan induktancon, pliigitan krucbastonon kaj furaĝon.

Kiel eviti PCB-projektajn problemojn

Figuro 6. Ideala kontraŭ ne-idealaj arkitekturoj, ekzistas eblaj “signalaj vojoj” en la cirkvito.

Resume, cirkvita aranĝo devas sekvi la jenajn principojn:

Ensure modeling of through-hole inductance in sensitive areas.

La filtrilo aŭ kongrua reto uzas sendependajn tratruojn.

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

La longo de la antaŭeco

Maksimumaj ISM-RF-produktaj datumoj ofte rekomendas uzi la plej mallongajn eblajn altfrekvencajn enirojn kaj produktaĵojn por minimumigi perdojn kaj radiadojn. Aliflanke, tiaj perdoj estas kutime kaŭzitaj de ne-idealaj parazitaj parametroj, do kaj parazita induktanco kaj kapacitanco influas la cirkvitan aranĝon, kaj uzi la plej mallongan eblan plumbon helpas redukti la parazitajn parametrojn. Tipe, 10 mil larĝa PCB-plumbo kun distanco de 0.0625in … De FR4-tabulo produktas induktancon de ĉirkaŭ 19nH / in kaj distribuitan kapaciton de ĉirkaŭ 1pF / in. Por cirkvito LAN / miksilo kun 20nH-induktilo kaj 3pF-kondensilo, la efika komponenta valoro multe influos, kiam la cirkvito kaj komponanta aranĝo estas tre kompaktaj.

Ipc-d-317a4 en “Instituto por Presitaj Cirkvitoj” provizas industrian norman ekvacion por taksi diversajn impedancajn parametrojn de mikrostripa PCB. Ĉi tiu dokumento estis anstataŭigita en 2003 per IPC-2251 5, kiu provizas pli precizan kalkulmetodon por diversaj PCB-kondukiloj. Interretaj kalkuliloj haveblas el diversaj fontoj, la plej multaj el kiuj baziĝas sur ekvacioj provizitaj de IPC-2251. La Elektromagneta Kongrueco-Laboratorio ĉe Misouri Mezlernejo de Teknologio provizas tre praktikan metodon por kalkuli PCB-kondukan impedancon 6.

La akceptitaj kriterioj por kalkuli la impedancon de mikro-striaj linioj estas:

En la formulo, εr estas la dielektrika konstanto de la dielektriko, h estas la alteco de la plumbo de la tavolo, W estas la plumba larĝo, kaj T estas la plumba dikeco (FIG. 7). Kiam w / h estas inter 0.1 kaj 2.0 kaj εr estas inter 1 kaj 15, la kalkulrezultoj de ĉi tiu formulo estas sufiĉe precizaj.

Figuro 7. Ĉi tiu figuro estas sekco de PCB (simila al Figuro 5) kaj reprezentas la strukturon uzatan por kalkuli la impedancon de mikro-strio-linio.

Por taksi la efikon de plumbolongo, estas pli praktike determini la malakordigan efikon de ideala cirkvito per plumbaj parazitaj parametroj. En ĉi tiu ekzemplo, ni diskutas devagajn kapacitancojn kaj induktancojn. La norma ekvacio de karakteriza kapacitanco por mikro-strioj estas:

Simile, la karakteriza induktanco povas esti kalkulita de la ekvacio uzante la supran ekvacion:

Ekzemple, supozu PCB-dikecon de 0.0625 in. (h = 62.5 mil), 1 onza kupro-tegita plumbo (t = 1.35 mil), 0.01 in. (w = 10 mil), kaj FR-4-tabulo. Notu ke la ε R de FR-4 estas tipe 4.35 farad / m (F / m), sed povas varii de 4.0F / m ĝis 4.7F / m. La propraj valoroj kalkulitaj en ĉi tiu ekzemplo estas Z0 = 134 ω, C0 = 1.04pF / in, L0 = 18.7nH / in.

Por AN-ISM-RF-projektado, 12.7mm (0.5in) enpaĝiga longo de plumboj sur la tabulo povas produkti parazitajn parametrojn de proksimume 0.5pF kaj 9.3nH (Figuro 8). La efiko de parazitaj parametroj ĉe ĉi tiu nivelo sur la resona kanalo de la ricevilo (variado de LC-produkto) povas rezultigi 315MHz ± 2% aŭ 433.92mhz ± 3.5% variadon. Pro la aldona kapacitanco kaj induktanco kaŭzitaj de la parazita efiko de la plumbo, la pinto de la 315MHz-oscila ofteco atingas 312.17 mhz, kaj la pinto de la 433.92 mhz-oscila ofteco atingas 426.6 mhz.

Alia ekzemplo estas la resona kanalo de la superheterodina ricevilo de Maxim (MAX7042). La rekomendindaj komponantoj estas 1.2pF kaj 30nH ĉe 315MHz; At 433.92MHz, it is 0pF and 16nH. Kalkulu la oscilan oftecon de resonanca cirkvito per la ekvacio:

La taksado de la resonanca cirkvito de la plato devas inkluzivi la parazitajn efikojn de la pakaĵo kaj la aranĝo, kaj la parazitaj parametroj respektive estas 7.3PF kaj 7.5PF kiam oni kalkulas la 315MHz-resonan oftecon. Notu, ke la LC-produkto reprezentas bulan kapacitancon.

Resume, la jenaj principoj devas esti sekvataj:

Konservu la antaŭecon kiel eble plej mallonge.

Metu ŝlosilajn cirkvitojn kiel eble plej proksime al la aparato.

Ŝlosilaj eroj estas kompensitaj laŭ efektiva enpaĝiga parazitado.

Teritoria kaj pleniga traktado

La surtera aŭ potenca tavolo difinas oftan referencan tension, kiu provizas potencon al ĉiuj partoj de la sistemo per malalta rezista vojo. Egaligi ĉiujn elektrajn kampojn tiamaniere produktas bonan ŝirman mekanismon.

Rekta kurento ĉiam emas flui laŭ malalta rezista vojo. Sammaniere altfrekvenca fluo preferate fluas tra la vojo kun la plej malalta rezisto. 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).

Kiel eviti diversajn difektojn en PCB-aranĝo de presitaj tabuloj

FIG. 9. Konservu la formacion nerompita kiel eble plej multe, alie la revenanta kurento kaŭzos interkruciĝon.

Plenigita grundo, ankaŭ konata kiel gardaj linioj, estas ofte uzata en cirkvitoj, kie kontinuan surteriĝon malfacilas starigi aŭ kie necesas ŝirmi sentemajn cirkvitojn (FIG. 10). La ŝirmanta efiko povas esti pliigita metante terajn truojn (t.e. truajn tabelojn) ĉe ambaŭ finoj de la plumbo aŭ laŭ la plumbo. 8. Ne miksu la gardan draton kun la plumbo desegnita por doni revenan kurentan vojon. Ĉi tiu aranĝo povas enkonduki interkruciĝon.

Kiel eviti diversajn difektojn en PCB-aranĝo de presitaj tabuloj

FIG. 10. La RF-projektado devas eviti flosantajn kuprajn dratajn dratojn, precipe se kupro-kovrilo necesas.

La kupro-vestita areo ne estas tera (flosanta) aŭ tera nur ĉe unu fino, kio limigas ĝian efikecon. En iuj kazoj, ĝi povas kaŭzi nedeziratajn efikojn formante parazitan kapaciton, kiu ŝanĝas la impedancon de la ĉirkaŭa drataro aŭ kreas “latentan” vojon inter cirkvitoj. Resume, se peco de kupra tegaĵo (ne-cirkvita signala drataro) estas metita sur la cirkvitan tabulon por certigi konsekvencan tegan dikecon. Kupro-vestitaj areoj devas esti evititaj ĉar ili influas la cirkvitan projekton.

Fine, nepre konsideru la efikojn de iu ajn tera areo proksime al la anteno. Ĉiu monopolanteno havos la terregionon, drataron kaj truojn kiel parto de la sistema ekvilibro, kaj ne-ideala ekvilibrodrataro influos la radiadefikecon kaj direkton de la anteno (radiadŝablono). Tial, la tera areo ne estu metita rekte sub la monopola PCB-plumba anteno.

Resume, la jenaj principoj devas esti sekvataj:

Provizu kontinuajn kaj malaltrezistajn surterajn zonojn laŭeble.

Ambaŭ finoj de la pleniga linio estas surteraj, kaj tra-trua tabelo estas uzata laŭeble.

Ne flosigu kupran draton proksime al RF-cirkvito, ne metu kupron ĉirkaŭ RF-cirkviton.

Se la cirkvita tabulo enhavas plurajn tavolojn, plej bone estas meti teron tra truo kiam la signala kablo pasas de unu flanko al la alia.

Troa kristala kapacitanco

Parazita kapacitanco igos la kristalan frekvencon devii de la cela valoro 9. Tial iuj ĝeneralaj gvidlinioj devas esti sekvataj por redukti devagan kapaciton de kristalaj pingloj, kusenetoj, dratoj aŭ konektoj al RF-aparatoj.

La jenaj principoj estu sekvataj:

La ligo inter la kristalo kaj RF-aparato devas esti kiel eble plej mallonga.

Konservu la kablon unu de la alia laŭeble.

Se la ŝunta parazita kapacitanco estas tro granda, forigu la teran regionon sub la kristalo.

Plana dratindukto

Planar-drataro aŭ PCB-spiralaj induktiloj ne rekomendas. Tipaj PCB-fabrikaj procezoj havas iujn erarojn, kiel larĝajn kaj spacajn toleremojn, kiuj multe influas la precizecon de komponentaj valoroj. Tial, plej kontrolitaj kaj altaj Q-induktiloj estas bobenitaj. Due, vi povas elekti multtavolan ceramikan induktilon, fabrikantoj de plurtavolaj blatoj-kondensiloj ankaŭ provizas ĉi tiun produkton. Tamen iuj projektistoj elektas spiralajn induktilojn kiam ili bezonas. The standard formula for calculating planar spiral inductance is usually Wheeler’s formula 10:

Kie, a estas la averaĝa radiuso de la bobeno, en coloj; N estas la nombro de turnoj; C estas la larĝo de la bobena kerno (enkursigilo), en coloj. Kiam la bobeno c “0.2a 11, la precizeco de la kalkula metodo estas ene de 5%.

Unu-tavolaj spiralaj induktiloj de kvadrataj, sesangulaj aŭ aliaj formoj povas esti uzataj. Tre bonaj aproksimadoj troveblas por modeli planan induktancon sur integritaj cirkvitaj oblatoj. Por atingi ĉi tiun celon, la norma Wheeler-formulo estas modifita por akiri ebenan induktan takso-metodon taŭgan por eta kaj kvadrata grandeco 12.

Kie, ρ estas la pleniga proporcio :; N estas la nombro de turnoj, kaj dAVG estas la averaĝa diametro:. Por kvadrataj helicoj, K1 = 2.36, K2 = 2.75.

Estas multaj kialoj por eviti uzi ĉi tiun specon de induktilo, kiuj kutime rezultigas reduktitajn induktancajn valorojn pro spacaj limigoj. La ĉefaj kialoj por eviti planajn induktilojn estas limigita geometrio kaj malbona kontrolo de kritika dimensio, kio malebligas antaŭdiri induktilajn valorojn. Krome, realajn induktancajn valorojn malfacilas kontroli dum produktado de PCB, kaj induktancoj ankaŭ emas kunigi bruon al aliaj partoj de la cirkvito.