Suunnittelussa PCB-aluksellaKun taajuus kasvaa nopeasti, häiriöitä esiintyy paljon, jotka eroavat matalataajuisten piirilevyjen häiriöistä. Lisäksi, kun taajuus kasvaa ja ristiriita PCB -levyn pienennyksen ja alhaisten kustannusten välillä, näistä häiriöistä tulee yhä monimutkaisempia.

Varsinaisessa tutkimuksessa voimme päätellä, että häiriöihin liittyy pääasiassa neljä näkökohtaa, mukaan lukien virtalähteen kohina, siirtolinjan häiriöt, kytkentä ja sähkömagneettiset häiriöt (EMI). Analysoimalla korkeataajuisten piirilevyjen erilaisia ​​häiriöongelmia ja yhdistämällä ne käytännössä työskentelyyn, ehdotetaan tehokkaita ratkaisuja.

Ensinnäkin virtalähteen melu

Suurtaajuuspiirissä virtalähteen kohina vaikuttaa ilmeisesti korkeataajuiseen signaaliin. Therefore, the first requirement of the power supply is low noise. Clean floors are just as important as clean electricity. Why? The power characteristics are shown in Figure 1. On selvää, että virtalähteellä on tietty impedanssi, ja impedanssi jakautuu koko virtalähteelle, joten melu lisätään virtalähteeseen.

Then we should minimize the impedance of the power supply, so it is best to have a dedicated power supply layer and grounding layer. HF -piirisuunnittelussa on paljon parempi suunnitella virtalähde kerroksena kuin väylänä useimmissa tapauksissa, jotta silmukka voi aina seurata minimaalisen impedanssin polkua.

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.

Korkeataajuisten piirilevyjen suunnittelu sisältää häiriöratkaisuja

Kuva 1: Tehoominaisuudet

PCB -suunnittelussa on useita tapoja poistaa virtamelu:

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. Katso kuva 2.

Korkeataajuisten piirilevyjen suunnittelu sisältää häiriöratkaisuja

Kuva 2: Ohitussignaalin silmukan yhteinen polku

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. Analoginen ja digitaalinen virtalähde erillään: suurtaajuuslaitteet ovat yleensä erittäin herkkiä digitaaliselle kohinalle, joten ne on erotettava toisistaan ​​ja yhdistettävä toisiinsa virtalähteen sisäänkäynnillä, jos signaali analogisen ja digitaalisen sanoja, voidaan sijoittaa silmukan poikki signaaliin silmukan alueen pienentämiseksi. Signaalipiirissä käytettävä digitaalinen-analoginen alue on esitetty kuvassa 3.

Korkeataajuisten piirilevyjen suunnittelu sisältää häiriöratkaisuja

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.

Korkeataajuisten piirilevyjen suunnittelu sisältää häiriöratkaisuja

Kuva 4: Aseta virtajohto signaalilinjan viereen

Two, transmission line

Piirilevyssä on vain kaksi mahdollista siirtolinjaa:

Nauhalinjan ja mikroaaltouunin suurin ongelma on heijastuminen. Heijastuminen aiheuttaa monia ongelmia. Esimerkiksi kuormitussignaali on alkuperäisen signaalin ja kaikusignaalin päällekkäisyys, mikä lisää signaalianalyysin vaikeutta. Heijastus aiheuttaa paluukadon (paluuhäviön), joka vaikuttaa signaaliin yhtä pahasti kuin lisäkohinahäiriöt:

1. Signaalilähteeseen heijastunut signaali lisää järjestelmän kohinaa, jolloin vastaanottimen on vaikeampi erottaa kohina signaalista.

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) Avoid impedance discontinuity of transmission lines. Epäjatkuvan impedanssin piste on siirtojohdon mutaatiopiste, kuten suora kulma, reikä jne., Tulee välttää mahdollisuuksien mukaan. Menetelmät: Viivan suorien kulmien välttämiseksi, niin pitkälle kuin mahdollista 45 ° kulma tai kaari, suuri kulma voi olla myös; Käytä mahdollisimman vähän läpireikiä, koska jokainen läpivientireikä on impedanssin epäjatkuvuus, kuten kuviossa 5 on esitetty. XNUMX; Signals from the outer layer avoid passing through the inner layer and vice versa.

Korkeataajuisten piirilevyjen suunnittelu sisältää häiriöratkaisuja

Figure 5: Method for eliminating transmission line interference

(b) Do not use stake lines. Koska mikä tahansa paalulinja on melun lähde. Jos paalulinja on lyhyt, se voidaan kytkeä siirtojohdon päähän; Jos paalulinja on pitkä, se ottaa pääsiirtolinjan lähteeksi ja tuottaa suuren heijastuksen, mikä vaikeuttaa ongelmaa. On suositeltavaa olla käyttämättä sitä.

Kolmanneksi kytkentä

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.

Korkeataajuisten piirilevyjen suunnittelu sisältää häiriöratkaisuja

Kuva 6: Yhteinen impedanssikytkentä

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. Tämä kytkin on huomattavasti pienempi, joten kaksi johtoa voidaan kiertää yhteen häiriöiden vähentämiseksi.

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. Induktiivisen ylikuulumisen koko riippuu kahden silmukan läheisyydestä, silmukka -alueen koosta ja vaikuttavan kuorman impedanssista.

5. Virtakaapelin liitäntä: AC- tai DC -virtajohtoja häiritsee sähkömagneettinen häiriö

Transfer to other devices.

There are several ways to eliminate crosstalk in PCB design:

1. Both types of crosstalk increase with the increase of load impedance, so the signal lines sensitive to interference caused by crosstalk should be properly terminated.

2. Maksimoi signaalilinjojen välinen etäisyys tehokkaasti vähentääksesi kapasitiivista ylikuulumista. Maanhallinta, johdotusten välinen etäisyys (kuten aktiiviset signaalilinjat ja maadoitusjohdot eristämistä varten, etenkin signaalilinjan ja maan välisen hyppytilan välillä) ja johtimen induktanssin vähentäminen.

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. Järkevän ylikuulumisen vuoksi silmukka -alue on minimoitava ja silmukka on eliminoitava, jos se on sallittua.

5. Avoid signal sharing loops.

6. Kiinnitä huomiota signaalin eheyteen: suunnittelijan tulee toteuttaa hitsauspäät signaalin eheyden ratkaisemiseksi. Tätä lähestymistapaa käyttävät suunnittelijat voivat keskittyä suojaavan kuparikalvon mikroliuskan pituuteen saadakseen hyvän signaalin eheyden. 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. Vähennä silmukoita: Jokainen silmukka vastaa antennia, joten meidän on minimoitava silmukoiden määrä, silmukoiden alue ja silmukoiden antennivaikutus. 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.

Korkeataajuisten piirilevyjen suunnittelu sisältää häiriöratkaisuja

Kuva 7: Suodatintyypit

3. The shielding. Lehden pituuden ja paljon keskustelua suojaavien artikkeleiden seurauksena ei enää erityistä johdatusta.

4. Reduce the speed of high-frequency devices.

5. Suurenna piirilevyjen dielektrisyysvakioita, jotka voivat estää levyn lähellä olevien suurtaajuisten osien, kuten siirtolinjan, säteilyn ulospäin; 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. Melunvaimennus vaaditaan EMC -vaatimusten täyttämiseksi.