Taispeánann cásanna iarratais iomadúla de tháirgí minicíochta raidió tionsclaíoch, eolaíoch agus míochaine (ISM-RF) go bhfuil an phriontáilte chuaird tá leagan amach na dtáirgí sin seans maith ar lochtanna éagsúla.Is minic a aimsíonn daoine go mbeidh táscairí feidhmíochta difriúil go mór leis an IC céanna atá suiteáilte ar dhá chlár ciorcad éagsúla. 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. Sa pháipéar seo, tréleictreach fr-4, PCB ciseal dúbailte tiús 0.0625in mar shampla, an bord ciorcad ag bunú. Operating in different frequency bands between 315MHz and 915MHz, Tx and Rx power between -120dbm and +13dBm.

Treorú ionduchtaithe

Nuair a bheidh dhá ionduchtóir (nó fiú dhá líne PCB) gar dá chéile, tarlóidh ionduchtú frithpháirteach. 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:

Más é, YB an voltas earráide a instealladh i gciorcad B, is é IA an 1 reatha atá ag gníomhú ar chiorcad A. Tá LM an-íogair maidir le spásáil ciorcad, limistéar lúb ionduchtaithe (ie, flosc maighnéadach), agus treo lúb. 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. Chun na críche seo, chomh ingearach agus is féidir lena chéile, féach leat leagan amach ciorcad an bhoird Meastóireachta Glacadóra superheterodyne FSK ísealchumhachta (EV) (MAX7042EVKIT) (Fíor 2). 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.

Fíor 2. Taispeántar dhá leagan amach PCB éagsúla, agus tá na heilimintí socraithe sa treo mícheart ar cheann acu (L1 agus L3), agus an ceann eile níos oiriúnaí.

Mar achoimre, ba cheart na prionsabail seo a leanas a leanúint:

Ba cheart go mbeadh an spásáil ionduchtaithe chomh fada agus is féidir.

Socraítear ionduchtóirí ag dronuilleoga chun an crosstalk idir ionduchtóirí a íoslaghdú.

Treoraigh an cúpláil

Díreach mar a théann treoshuíomh ionduchtóirí i bhfeidhm ar chúpláil mhaighnéadach, déanann an cúpláil freisin má tá na luaidhe ró-ghar dá chéile. Cruthaíonn fadhb leagan amach den chineál seo braistint fhrithpháirteach freisin. Ceann de na fadhbanna is mó a bhaineann le ciorcad RF is ea sreangú codanna íogaire den chóras, amhail an líonra meaitseála ionchuir, cainéal athshondach an ghlacadóra, líonra meaitseála antenna an tarchuradóra, srl.

Ba cheart go mbeadh an cosán srutha ar ais chomh gar agus is féidir don phríomhbhealach reatha chun an réimse maighnéadach radaíochta a íoslaghdú. This arrangement helps to reduce the current loop area. De ghnáth is é an cosán idéalach ísealfhriotaíochta don sruth fillte an réigiún talún faoi bhun na luaidhe – ag teorannú an limistéir lúb go réigiún ina ndéantar tiús an tréleictreach a iolrú faoi fhad na luaidhe. Má roinntear réigiún na talún, áfach, méadaíonn an limistéar lúb (Fíor 3). 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.

Fíor 3. Cuidíonn bunú mór limistéar mór le feidhmíocht an chórais a fheabhsú

Maidir le inductor iarbhír, tá éifeacht shuntasach ag treo luaidhe ar chúpláil réimse maighnéadach. Más rud é go gcaithfidh luaidhe ciorcad íogair a bheith gar dá chéile, is fearr na luaidhe a ailíniú go hingearach chun an cúpláil a laghdú (Fíor 4). If vertical alignment is not possible, consider using a guard line. Le haghaidh dearadh sreinge cosanta, féach leat an roinn cóireála ar an talamh agus an líonadh thíos.

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

Is gnách gurb í an phríomhfhadhb le leagan amach an chiorcaid RF impedance tréith suboptimal an chiorcaid, lena n-áirítear comhpháirteanna an chiorcaid agus a n-idirnaisc. Tá an luaidhe le sciath tanaí copair comhionann leis an sreang ionduchtaithe agus cruthaíonn sé toilleas dáilte le luaidhe eile sa chomharsanacht. Taispeánann an luaidhe airíonna ionduchtaithe agus toilleas agus é ag dul tríd an bpoll.

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. Tá éifeacht toilleas seadánacha beag go ginearálta agus de ghnáth ní bhíonn ann ach éagsúlacht imeall i gcomharthaí digiteacha ardluais (nach bpléitear sa pháipéar seo).

Is é an éifeacht is mó a bhíonn ag an bpoll tríd an ionduchtas seadánacha de bharr an mhodha idirnasctha chomhfhreagraigh. 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; Is é D trastomhas an tollphoill, in orlach 2.

Conas lochtanna éagsúla i leagan amach PCB na gclár clóite a sheachaint

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. Soláthraíonn toilleoirí seachbhóthar idéalach ciorcaid ghearra ardmhinicíochta idir an crios soláthair agus an fhoirmiú, ach is féidir le trípholl neamh-idéalach dul i bhfeidhm ar an gcosán íogaireachta íseal idir an foirmiú agus an crios soláthair. A typical PCB through hole (d = 10 mil, h = 62.5 mil) is approximately equivalent to a 1.34nH inductor. I bhfianaise mhinicíocht shonrach oibríochta an táirge ISM-RF, is féidir leis na trí-phoill drochthionchar a imirt ar chiorcaid íogaire mar chiorcaid athshondacha cainéil, scagairí agus líonraí meaitseála.

Tagann fadhbanna eile chun cinn má roinneann ciorcaid íogaire poill, mar shampla an dá ghéag de líonra de chineál π. Mar shampla, trí pholl idéalach a chur atá coibhéiseach le hionduchtacht chnapshuite, tá an scéimre choibhéiseach an-éagsúil leis an dearadh ciorcad bunaidh (FIG. 6). As with crosstalk of common current path 3, resulting in increased mutual inductance, increased crosstalk and feed-through.

How to avoid PCB design problems

Fíor 6. Ailtireachtaí idéalacha vs neamh-idéalacha, tá “cosáin comhartha” féideartha sa chiorcad.

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.

Fad na luaidhe

Is minic a mholann sonraí táirge Maxim ISM-RF an t-ionchur agus an t-aschur ardmhinicíochta is giorra is féidir a úsáid chun caillteanais agus radaíocht a íoslaghdú. Ar an láimh eile, is gnách go mbíonn caillteanais den sórt sin mar thoradh ar pharaiméadair seadánacha neamh-idéalacha, agus mar sin bíonn tionchar ag ionduchtúlacht agus toilleas seadánacha ar leagan amach an chiorcaid, agus cuidíonn úsáid na luaidhe is giorra is féidir leis na paraiméadair seadánacha a laghdú. 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. Maidir le ciorcad LAN / meascthóir le inductor 20nH agus toilleoir 3pF, beidh tionchar mór ar luach éifeachtach na comhpháirte nuair a bheidh an ciorcad agus leagan amach na comhpháirte an-dhlúth.

Ipc-d-317a4 in ‘Institute for Printed Circuits’ provides an industry standard equation for estimating various impedance parameters of microstrip PCB. Cuireadh IPC-2003 2251 in ionad na cáipéise seo i 5, a sholáthraíonn modh ríofa níos cruinne do luaidhe éagsúla PCB. 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:

San fhoirmle, is é εr tairiseach tréleictreach an tréleictreach, is é h airde na luaidhe ón stratam, is é W an leithead luaidhe, agus is é T an tiús luaidhe (FIG. 7). Nuair a bhíonn w / h idir 0.1 agus 2.0 agus εr idir 1 agus 15, tá torthaí ríofa na foirmle seo cruinn go leor.

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. Sa sampla seo, déanaimid plé ar toilleas agus ionduchtacht ar strae. The standard equation of characteristic capacitance for microstrip lines is:

Ar an gcaoi chéanna, is féidir an ionduchtacht tréith a ríomh ón gcothromóid tríd an chothromóid thuas a úsáid:

Mar shampla, glacadh le tiús PCB de 0.0625in. (h = 62.5 mil), 1 unsa luaidhe copar-brataithe copair (t = 1.35 mil), 0.01in. (w = 10 mil), agus bord FR-4. Tabhair faoi deara gurb é an ε R de FR-4 de ghnáth 4.35 farad / m (F / m), ach go bhféadfadh sé raon ó 4.0F / m go 4.7F / m. Is iad na eigenvalues ​​a ríomhtar sa sampla seo Z0 = 134 ω, C0 = 1.04pF / in, L0 = 18.7nH / in.

Maidir le dearadh AN ISM-RF, is féidir le fad leagan amach 12.7mm (0.5in) ar an gclár paraiméadair seadánacha de thart ar 0.5pF agus 9.3nH a tháirgeadh (Fíor 8). D’fhéadfadh go mbeadh éagsúlacht 315MHz ± 2% nó 433.92mhz ± 3.5% mar thoradh ar éifeacht na bparaiméadar seadánacha ag an leibhéal seo ar chainéal athshondach an ghlacadóra (athrú ar tháirge LC). Mar gheall ar an toilleas agus an ionduchtas breise de bharr éifeacht seadánacha na luaidhe, sroicheann buaic na minicíochta ascalaithe 315MHz 312.17mhz, agus sroicheann buaic minicíocht ascalaithe 433.92mhz 426.6mhz.

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. Ríomh minicíocht ascalaithe an chiorcaid athshondach tríd an chothromóid a úsáid:

Ba cheart go n-áireofaí sa mheastóireacht ar chiorcad athshondach an phláta éifeachtaí seadánacha an phacáiste agus an leagan amach, agus is iad na paraiméadair seadánacha 7.3PF agus 7.5PF faoi seach agus minicíocht athshondach 315MHz á ríomh. Tabhair faoi deara go léiríonn an táirge LC toilleas cnapánach.

Mar achoimre, caithfear na prionsabail seo a leanas a leanúint:

Coinnigh an lámh in uachtar chomh gearr agus is féidir.

Cuir ciorcaid lárnacha chomh gar don fheiste agus is féidir.

Cúitítear príomh-chomhpháirteanna de réir seadánachas an leagan amach iarbhír.

Cóireáil ar an talamh agus a líonadh

The grounding or power layer defines a common reference voltage that supplies power to all parts of the system through a low resistance path. Má dhéantar na réimsí leictreacha go léir a chothromú ar an mbealach seo, cruthaítear meicníocht mhaith sciath.

Is gnách go mbíonn sruth díreach ag sreabhadh feadh cosán ísealfhriotaíochta. Ar an gcaoi chéanna, is fearr go dtéann sruth ardmhinicíochta tríd an gcosán leis an bhfriotaíocht is ísle. 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).

Conas lochtanna éagsúla i leagan amach PCB na gclár clóite a sheachaint

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. Ná measc an sreang garda leis an luaidhe atá deartha chun cosán srutha fillte a sholáthar. Is féidir leis an socrú seo crosstalk a thabhairt isteach.

Conas lochtanna éagsúla i leagan amach PCB na gclár clóite a sheachaint

FIG. 10. Ba cheart go seachnódh dearadh an chórais RF sreanga cumhdaigh copair ar snámh, go háirithe má tá gá le cumhdach copair.

Níl an limistéar cumhdaithe copair faoi thalamh (ar snámh) ná faoi thalamh ach ag foirceann amháin, rud a chuireann srian lena éifeachtúlacht. 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. I mbeagán focal, má leagtar píosa cumhdaigh copair (sreangú comhartha neamhchiorcad) ar an gclár ciorcad chun tiús plating comhsheasmhach a chinntiú. Ba cheart limistéir atá clúdaithe le copar a sheachaint mar bíonn tionchar acu ar dhearadh an chiorcaid.

Mar fhocal scoir, bí cinnte machnamh a dhéanamh ar éifeachtaí aon achar talún in aice leis an antenna. Beidh réigiún na talún, sreangú agus poill ag aon antenna monapóil mar chuid de chothromaíocht an chórais, agus beidh tionchar ag sreangú cothromaíochta neamh-idéalach ar éifeachtúlacht agus treo radaíochta an antenna (teimpléad radaíochta). Therefore, the ground area should not be placed directly below the monopole PCB lead antenna.

Mar achoimre, ba cheart na prionsabail seo a leanas a leanúint:

Criosanna talún leanúnacha agus ísealfhriotaíocht a sholáthar a mhéid is féidir.

Tá dhá cheann na líne líonta bunaithe, agus úsáidtear eagar trí pholl chomh fada agus is féidir.

Ná snámh sreang cumhdaithe copair in aice le ciorcad RF, ná leag copar timpeall ar chiorcad RF.

Má tá iliomad sraitheanna sa chlár ciorcad, is fearr talamh a leagan trí pholl nuair a théann an cábla comhartha ó thaobh amháin go dtí an taobh eile.

Toilleas iomarcach criostail

Cuirfidh toilleas seadánacha faoi deara go n-imeoidh an mhinicíocht criostail ón spriocluach 9. Dá bhrí sin, ba cheart roinnt treoirlínte ginearálta a leanúint chun toilleas fáin bioráin criostail, pads, sreanga, nó naisc le gairis RF a laghdú.

Ba chóir na prionsabail seo a leanas a leanúint:

Ba cheart go mbeadh an nasc idir an gléas criostail agus an gléas RF chomh gearr agus is féidir.

Coinnigh an sreangú óna chéile chomh fada agus is féidir.

Má tá toilleas seadánacha an tsunt ró-mhór, bain an réigiún bunaithe faoin gcriostal.

Ionduchtú sreangú planar

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. Dá bhrí sin, is cineál créachta iad an chuid is mó de ionduchtóirí rialaithe agus ard-Q. Ar an dara dul síos, is féidir leat inductor ceirmeach multilayer a roghnú, soláthraíonn déantúsóirí toilleora sliseanna multilayer an táirge seo freisin. Mar sin féin, roghnaíonn roinnt dearthóirí ionduchtóirí bíseach nuair is gá dóibh. The standard formula for calculating planar spiral inductance is usually Wheeler’s formula 10:

Más é, ga meán ga an chorna, in orlach; Is é N an líon cas; Is é C leithead chroí an chorna (ródaire-rinner), in orlach. Nuair a bhíonn an corna c “0.2a 11, tá cruinneas an mhodha ríofa laistigh de 5%.

Is féidir ionduchtóirí bíseach aonchiseal de chruthanna cearnacha, heicseagánacha nó eile a úsáid. Is féidir meastacháin an-mhaith a fháil chun ionduchtacht planar a shamhaltú ar shleamhain chiorcaid chomhtháite. D’fhonn an aidhm seo a bhaint amach, athraítear an fhoirmle chaighdeánach Wheeler chun modh meastacháin ionduchtaithe eitleáin a fháil atá oiriúnach do mhéid beag agus do mhéid cearnach 12.

Más é, ρ an cóimheas líonta :; Is é N an líon cas, agus is é dAVG an meán-trastomhas :. Maidir le héilísí cearnacha, K1 = 2.36, K2 = 2.75.

Tá go leor cúiseanna ann le húsáid an chineáil seo inductor a sheachaint, a mbíonn luachanna ionduchtaithe laghdaithe mar thoradh orthu de ghnáth mar gheall ar theorainneacha spáis. The main reasons for avoiding planar inductors are limited geometry and poor control of critical dimensions, which makes it impossible to predict inductor values. Ina theannta sin, tá sé deacair luachanna ionduchtaithe iarbhír a rialú le linn táirgeadh PCB, agus bíonn ionduchtacht ann freisin torann a chúpláil le codanna eile den chiorcad.