Irrati frekuentzia industrial, zientifiko eta medikoen (ISM-RF) produktuen aplikazio kasu ugarik erakusten dute inprimatutako zirkuitu taula Produktu horien diseinuak akats ugari ditu.Jendeak maiz aurkitzen du bi zirkuitu plaka desberdinetan instalatutako IC bera, errendimendu adierazleak desberdinak izango direla. 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. Paper honetan, fr-4 dielektrikoa, 0.0625in-ko lodiera duen geruza bikoitzeko PCB adibide gisa, zirkuitu-plakaren lurrera. Operating in different frequency bands between 315MHz and 915MHz, Tx and Rx power between -120dbm and +13dBm.

Induktantzia norabidea

Bi induktore (edo PCB bi linea ere) elkarrengandik hurbil daudenean, elkarrekiko induktantzia gertatuko da. 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:

Non, YB da B zirkuituan injektatutako errore tentsioa, IA A zirkuituan eragiten duen korrontea 1 da. LM oso sentikorra da zirkuituaren tartearekin, induktantzia begizta arearekin (hau da, fluxu magnetikoa) eta begiztaren noranzkoarekin. 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. Horretarako, elkarren artean ahalik eta perpendikularrenean, kontsultatu FSK superheterodinoko hargailuen ebaluazio (EV) plaka (MAX7042EVKIT) plakaren zirkuituaren diseinua (2. irudia). 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.

2. irudia. PCBen bi diseinu desberdin agertzen dira, eta horietako batek norabidean oker antolatutako elementuak ditu (L1 eta L3), bestea egokiagoa den bitartean.

Laburbilduz, honako printzipio hauek jarraitu behar dira:

Induktantzia tarteak ahal den neurrian egon behar du.

Induktoreak angelu zuzenetan antolatuta daude, induktoreak arteko gurutzekadak gutxitzeko.

Eraman ezazu akoplamendua

Induktoreak orientatzeak akoplamendu magnetikoari eragiten dion bezala, akoplamenduak ere eragiten du kableak elkarrengandik hurbilegi badaude. Maketazio arazo honek elkarrekiko sentsazioa deitzen dena sortzen du. RF zirkuituaren arazo kezkatuenetako bat sistemaren zati sentikorren kableatzea da, hala nola sarrera bat datorren sarea, hargailuaren kanal erresonantea, antena igorlearen sarea bat etortzea, etab.

Itzultzeko korrontearen ibilbideak korronte bide nagusitik ahalik eta hurbilen egon behar du erradiazio eremu magnetikoa minimizatzeko. This arrangement helps to reduce the current loop area. Itzulerako korronterako erresistentzia txikiko bide ideala berunaren azpiko lurraldea izan ohi da – dielektrikoaren lodiera berunaren luzerarekin biderkatzen den eskualde batera mugatzen du begiztaren eremua. Hala ere, lurreko eskualdea zatituta badago, begiztaren area handitzen da (3. irudia). 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.

3. irudia. Eremu handiko lurreratze osoa sistemaren errendimendua hobetzen laguntzen du

Benetako induktore batentzat, berunaren norabideak ere eragin handia du eremu magnetikoaren akoplamenduan. Zirkuitu sentikor baten eroaleek elkarrengandik gertu egon behar badute, hobe da eroaleak bertikalki lerrokatzea akoplamendua murrizteko (4. irudia). If vertical alignment is not possible, consider using a guard line. Babes-alanbrak diseinatzeko, kontsultatu beheko lurreko eta betegarriko tratamendu atala.

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.

Sensitive leads should be arranged vertically.

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

Grounding via

RF zirkuituaren diseinuaren arazo nagusia normalean zirkuituaren inpedantzia bereizgarri optimoa da, zirkuituaren osagaiak eta horien interkonexioak barne. Kobrezko estaldura mehea duen beruna induktantzia hariaren parekoa da eta inguruko beste kableekin kapazitantzia banatua osatzen du. Berunak induktantzia eta kapazitantzia propietateak ere erakusten ditu zulotik igarotzean.

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. Kapazitantzia parasitoaren eragina, oro har, txikia da eta normalean abiadura handiko seinale digitaletan ertzak aldatzea baino ez da eragiten (ez da eztabaidatzen artikulu honetan).

Zulo iragankorraren eraginik handiena dagokion interkonexio moduak eragindako induktantzia parasitarioa da. 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 zuloko diametroa da, 2 hazbetetan.

Nola saihestu hainbat akats inprimatutako PCBen diseinuan

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. Saihesbide-kondentsadore idealek maiztasun handiko zirkuitu laburrak eskaintzen dituzte hornidura-gunearen eta eraketaren artean, baina zulo iraganbide ez-idealek eragin dezakete eraketa eta hornidura-gunearen arteko sentsibilitate baxuko bidea. A typical PCB through hole (d = 10 mil, h = 62.5 mil) is approximately equivalent to a 1.34nH inductor. ISM-RF produktuaren funtzionamendu maiztasun espezifikoa kontuan hartuta, zeharkako zuloek zirkuitu sentikorrak eragin ditzakete, hala nola kanal erresonanteak, iragazkiak eta bat datozen sareak.

Beste arazo batzuk sortzen dira zirkuitu sentikorrak zuloak partekatzen badituzte, hala nola, π motako sare baten bi besoak. Adibidez, induktantzia pikorreko baliokide den zulo ideal bat jarrita, eskema baliokidea jatorrizko zirkuituaren diseinuarekiko nahiko desberdina da (6. IRUDIA). As with crosstalk of common current path 3, resulting in increased mutual inductance, increased crosstalk and feed-through.

How to avoid PCB design problems

6. irudia Arkitektura idealak eta ez-idealak, zirkuituan “seinale bide” potentzialak daude.

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.

Berunaren luzera

Maxim ISM-RF produktuaren datuek maiz gomendatzen dute maiztasun handiko sarrera eta irteera bide laburrenak erabiltzea galerak eta erradiazioak minimizatzeko. Bestalde, horrelako galerak parametro parasito idealak ez direnez izaten dira, beraz, bai induktantzia parasitarioak eta bai kapazitateak zirkuituaren diseinuan eragiten dute eta ahalik eta berun motzena erabiltzeak parametro parasitoak murrizten laguntzen du. 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. 20nH induktorea eta 3pF kondentsadorea duen LAN / nahastailea zirkuituan, osagaien balio efektiboak asko eragingo du zirkuitua eta osagaien diseinua oso trinkoak direnean.

Ipc-d-317a4 in ‘Institute for Printed Circuits’ provides an industry standard equation for estimating various impedance parameters of microstrip PCB. Dokumentu hau 2003an IPC-2251 5-ek ordezkatu zuen, PCB desberdinen berunentzako kalkulu metodo zehatzagoa eskaintzen duena. 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:

Formulan, εr dielektrikoaren konstante dielektrikoa da, h estratuaren berunaren altuera da, W berunaren zabalera da eta T berunaren lodiera (7. IRUDIA). W / h 0.1 eta 2.0 artean dagoenean eta εr 1 eta 15 artean dagoenean, formula horren kalkuluen emaitzak nahiko zehatzak dira.

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. Adibide honetan, kapazitantzia eta induktantzia desbideratzen ditugu. The standard equation of characteristic capacitance for microstrip lines is:

Era berean, induktantzia ezaugarria ekuaziotik kalkula daiteke goiko ekuazioa erabiliz:

Adibidez, demagun 0.0625in-ko PCB lodiera. (h = 62.5 milia), 1 ontza kobrez estalitako beruna (t = 1.35 milia), 0.01in. (w = 10 mil), eta FR-4 taula. Kontuan izan FR-4ren ε R normalean 4.35 farad / m (F / m) dela, baina 4.0F / m eta 4.7F / m bitartekoa izan daitekeela. Adibide honetan kalkulatutako balio propioak Z0 = 134 ω dira, C0 = 1.04pF / in, L0 = 18.7nH / in.

AN ISM-RF diseinurako, 12.7 mm-ko (0.5 hazbeteko) taulako burdinaren luzerak gutxi gorabehera 0.5pF eta 9.3nH-ko parametro parasitoak sor ditzake (8. irudia). Maila honetako parametro parasitoek hartzailearen kanal erresonantean duten eragina (LC produktuaren aldakuntza) 315MHz ±% 2 edo 433.92mhz ±% 3.5 aldakuntza eragin dezake. Berunaren efektu parasitoak eragindako kapazitantzia eta induktantzia osagarriak direla eta, 315 MHz-ko oszilazio-maiztasunaren gailurra 312.17 MHz-ra iristen da, eta 433.92 MHz-ko oszilazio-maiztasunekoa, berriz, 426.6 MHz-ra.

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. Kalkulatu zirkuitu erresonantearen oszilazio maiztasuna ekuazioa erabiliz:

Plakaren erresonantzia zirkuituaren ebaluazioak paketearen eta diseinuaren efektu parasitoak izan behar ditu, eta parametro parasitoak 7.3PF eta 7.5PF dira hurrenez hurren 315MHz erresonantzia maiztasuna kalkulatzerakoan. Kontuan izan LC produktuak kapazitate lumped adierazten duela.

Laburbilduz, honako printzipio hauek jarraitu behar dira:

Mantendu markagailua ahalik eta laburren.

Jarri gako zirkuituak gailutik ahalik eta hurbilen.

Funtsezko osagaiak diseinuaren benetako parasitismoaren arabera konpentsatzen dira.

Lurreko eta betetze tratamendua

The grounding or power layer defines a common reference voltage that supplies power to all parts of the system through a low resistance path. Eremu elektriko guztiak modu honetan berdintzeak babes mekanismo ona sortzen du.

Korronte zuzena beti joaten da erresistentzia txikiko bide batetik. Modu berean, maiztasun handiko korrontea lehentasunez erresistentzia txikiena duen bidetik igarotzen da. 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).

Nola saihestu hainbat akats inprimatutako PCBen diseinuan

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. Ez nahastu babesaren haria korronte itzulerako bidea emateko diseinatutako berunarekin. Antolamendu honek gurutzekadak sor ditzake.

Nola saihestu hainbat akats inprimatutako PCBen diseinuan

IRUDIA. 10. RF sistemaren diseinuak kobrezko estalitako hari flotatzaileak ekidin behar ditu, batez ere kobrezko estalkia behar bada.

Kobrez jantzitako eremua ez dago lurrean (flotatzen) edo soilik mutur batean oinarrituta, eta horrek eraginkortasuna murrizten du. 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. Laburbilduz, kobrezko estaldura zati bat (zirkuitu gabeko seinaleen kableatua) zirkuituaren plakan jartzen bada, estaldura lodiera koherentea izan dadin. Kobrez jantzitako eremuak saihestu behar dira, zirkuituaren diseinuan eragina baitute.

Azkenean, ziurtatu antena inguruko edozein lurreko eremuren ondorioak kontuan hartzen dituela. Edozein antola monopolok lurreko eskualdea, kableak eta zuloak izango ditu sistemaren orekaren zati gisa, eta oreka idealak ez diren kableak erradiazioaren eraginkortasunean eta antenaren norabidean eragina izango du (erradiazio-txantiloia). Therefore, the ground area should not be placed directly below the monopole PCB lead antenna.

Laburbilduz, honako printzipio hauek jarraitu behar dira:

Ahal den neurrian etengabeko eta erresistentzia txikiko lurreratze guneak eskaini.

Betetze-lerroaren bi muturrak lurrean daude, eta zulo zeharkako array bat erabiltzen da ahal den neurrian.

Ez flotatu kobrez jantzitako alanbre RF zirkuituaren ondoan, ez jarri kobrea RF zirkuituaren inguruan.

Zirkuitu-plakak geruza bat baino gehiago baditu, hobe da zulo bat lurrean jartzea seinale-kablea alde batetik bestera igarotzen denean.

Gehiegizko kristal kapazitatea

Kapazitantzia parasitoak kristalaren maiztasuna 9 helburuko balioetik aldentzea eragingo du. Hori dela eta, jarraibide orokor batzuk jarraitu beharko lirateke kristalezko pin, konpresak, hariak edo RF gailuetarako konexioak aldentzeko kapazitatea murrizteko.

Ondorengo printzipioak jarraitu behar dira:

Kristalaren eta RF gailuaren arteko konexioak ahalik eta motzena izan behar du.

Mantendu kableak elkarrengandik ahal den neurrian.

Shunt parasitoaren kapazitatea handiegia bada, kendu kristalaren azpiko lurreratze-eskualdea.

Kableen plano induktantzia

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. Hori dela eta, Q indukzio kontrolatu eta altuenak zauri motakoak dira. Bigarrenik, geruza anitzeko zeramikazko induktorea aukeratu dezakezu, geruza anitzeko txip kondentsadoreen fabrikatzaileek ere ematen dute produktu hau. Hala ere, diseinatzaile batzuek indukzio espiralak aukeratzen dituzte behar dutenean. The standard formula for calculating planar spiral inductance is usually Wheeler’s formula 10:

Non, a bobinaren batez besteko erradioa da, hazbetetan; N bira kopurua da; C bobinaren nukleoaren zabalera da (bideratzaile-irina), hazbetetan. Bobina c “0.2a 11 denean, kalkulu-metodoaren zehaztasuna% 5ean dago.

Geruza bakarreko forma karratu, hexagonal edo bestelako formako indukzio espiralak erabil daitezke. Oso hurbilketa onak aurki daitezke zirkuitu integratuko hostoetan indukzio laua modelatzeko. Helburu hori lortu ahal izateko, Wheeler formula estandarra aldatu egiten da tamaina txikiko eta 12. tamaina karratuetarako egokia den induktantzia planoaren kalkulurako metodoa lortzeko.

Non, ρ da betetze-erlazioa :; N da bira kopurua, eta dAVG batez besteko diametroa da :. Helize karratuetarako, K1 = 2.36, K2 = 2.75.

Indukzio mota hau erabiltzea saihesteko arrazoi ugari dago, normalean induktantzia balioak murrizten baitira espazio mugak direla eta. The main reasons for avoiding planar inductors are limited geometry and poor control of critical dimensions, which makes it impossible to predict inductor values. Gainera, benetako induktantzia balioak kontrolatzen zailak dira PCB ekoizpenean, eta induktantzia zirkuituaren beste zati batzuekin zarata parekatzeko joera ere badu.