Արդյունաբերական, գիտական ​​և բժշկական ռադիոհաճախականության (ISM-RF) արտադրանքի կիրառման բազմաթիվ դեպքեր ցույց են տալիս, որ PRINTED CIRCUIT խորհուրդը Այս ապրանքների դասավորությունը հակված է տարբեր արատների:Մարդիկ հաճախ գտնում են, որ երկու տարբեր տպատախտակների վրա տեղադրված նույն IC- ն, կատարողականի ցուցանիշները զգալիորեն տարբեր կլինեն: 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. Այս հոդվածում fr-4 դիէլեկտրիկ, 0.0625 դյույմ հաստությամբ երկշերտ PCB- ն օրինակ է, տպատախտակի հիմնավորումը: Operating in different frequency bands between 315MHz and 915MHz, Tx and Rx power between -120dbm and +13dBm.

Ինդուկտացիայի ուղղություն

Երբ երկու ինդուկտոր (կամ նույնիսկ երկու PCB տող) մոտ են միմյանց, տեղի է ունենում փոխադարձ ինդուկտիվություն: 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:

Որտեղ, YB- ը սխալի B- ն է, որը ներարկվում է B շղթայի մեջ, IA- ն ընթացիկ 1 -ն է, որը գործում է A շղթայի վրա: LM- ն շատ զգայուն է սխեմաների տարածության, ինդուկտիվության օղակի տարածքի (այսինքն ՝ մագնիսական հոսքի) և օղակի ուղղության նկատմամբ: 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. Այդ նպատակով, որքան հնարավոր է ուղղահայաց միմյանց, խնդրում ենք անդրադառնալ ցածր հզորության FSK superheterodyne Receiver Evaluation (EV) (MAX7042EVKIT) ցածր հզորության սխեմայի սխեմային (Նկար 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.

Նկար 2. PCուցադրված են երկու տարբեր PCB դասավորություններ, որոնցից մեկի տարրերը սխալ ուղղությամբ են դասավորված (L1 և L3), իսկ մյուսը `ավելի հարմար:

Ամփոփելով ՝ պետք է հետևել հետևյալ սկզբունքներին.

Ինդուկտիվության տարածությունը պետք է լինի հնարավորինս հեռու:

Ինդուկտորները դասավորված են ուղղանկյուն անկյուններում ՝ ինդուկտորների միջև խաչմերուկը նվազագույնի հասցնելու համար:

Կապը միացրեք

Induիշտ այնպես, ինչպես ինդուկտորների կողմնորոշումը ազդում է մագնիսական միացման վրա, այնպես էլ միացումը, եթե լարերը չափազանց մոտ են միմյանց: Այս դասավորության խնդիրը նույնպես առաջացնում է այն, ինչ կոչվում է փոխադարձ սենսացիա: ՌԴ միացման ամենահուզիչ խնդիրներից մեկը համակարգի զգայուն մասերի էլեկտրամոնտաժումն է, ինչպիսիք են մուտքային համընկնող ցանցը, ստացողի ռեզոնանսային ալիքը, հաղորդիչի ալեհավաքի համապատասխանող ցանցը և այլն:

Վերադարձի ընթացիկ ուղին պետք է հնարավորինս մոտ լինի հիմնական ընթացիկ ուղուն `ճառագայթման մագնիսական դաշտը նվազագույնի հասցնելու համար: This arrangement helps to reduce the current loop area. Վերադարձի հոսանքի իդեալական ցածր դիմադրության ուղին սովորաբար կապարից ցածր գրունտային շրջանն է `արդյունավետորեն սահմանափակելով օղակի տարածքը մի տարածաշրջան, որտեղ դիէլեկտրիկի հաստությունը բազմապատկվում է կապարի երկարությամբ: Այնուամենայնիվ, եթե գրունտի շրջանը պառակտված է, ապա օղակի տարածքը մեծանում է (Նկար 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.

Գծապատկեր 3. Մեծ տարածքի հիմնավորումն օգնում է բարելավել համակարգի աշխատանքը

Իրական ինդուկտորի համար կապարի ուղղությունը նույնպես էական ազդեցություն ունի մագնիսական դաշտի միացման վրա: Եթե ​​զգայուն շղթայի հաղորդալարերը պետք է մոտ լինեն միմյանց, ապա լավագույնն է ուղղահայաց ուղղել լարերը `միացումը նվազեցնելու համար (Նկար 4): If vertical alignment is not possible, consider using a guard line. Պաշտպանական մետաղալարերի նախագծման համար դիմեք ստորև բերված հիմնավորման և լրացման մաքրման բաժնին:

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.

Sգայուն տողերը պետք է ուղղահայաց դասավորվեն:

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

Grounding via

ՌԴ սխեմայի դասավորության հիմնական խնդիրը սովորաբար սխեմայի ենթաօպտիմալ բնութագրական դիմադրությունն է, ներառյալ շղթայի բաղադրիչները և դրանց փոխկապակցումները: Բարակ պղնձե ծածկույթով կապարը համարժեք է ինդուկտիվության մետաղալարին և կազմում է բաշխված հզորություն մերձակայքում գտնվող այլ հաղորդալարերի հետ: Կապարը նաև ցուցադրում է ինդուկտիվության և հզորության հատկություններ, երբ այն անցնում է անցքով:

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. Պարազիտային հզորության ազդեցությունը ընդհանուր առմամբ փոքր է և սովորաբար առաջացնում է միայն արագընթաց թվային ազդանշանների եզրերի տատանումներ (ինչը չի քննարկվում այս հոդվածում):

Միջանցքի ամենամեծ ազդեցությունը մակաբույծ ինդուկտիվությունն է, որն առաջանում է համապատասխան փոխկապակցման եղանակով: 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- ը անցքի տրամագիծն է ՝ 2 դյույմով:

Ինչպես խուսափել տպագիր տախտակների PCB- ի դասավորության տարբեր արատներից

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. Իդեալական շրջանցող կոնդենսատորները ապահովում են բարձր հաճախականության կարճ միացումներ մատակարարման գոտու և ձևավորման միջև, սակայն ոչ իդեալական անցքեր կարող են ազդել ձևավորման և մատակարարման գոտու միջև ցածր զգայունության ուղու վրա: A typical PCB through hole (d = 10 mil, h = 62.5 mil) is approximately equivalent to a 1.34nH inductor. Հաշվի առնելով ISM-RF արտադրանքի հատուկ աշխատանքային հաճախականությունը, անցքերը կարող են բացասաբար անդրադառնալ զգայուն սխեմաների վրա, ինչպիսիք են ռեզոնանսային ալիքների սխեմաները, ֆիլտրերը և համընկնող ցանցերը:

Այլ խնդիրներ են ծագում, եթե զգայուն սխեմաները կիսում են անցքերը, օրինակ ՝ π տիպի ցանցի երկու թևերը: Օրինակ ՝ տեղադրելով ինդուկտիվության համարժեք իդեալական անցք, համարժեք սխեման բավականին տարբերվում է սխեմայի սկզբնական նախագծից (նկ. 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

Գծապատկեր 6. Իդեալական և ոչ իդեալական ճարտարապետությունների դեպքում շղթայում կան պոտենցիալ «ազդանշանային ուղիներ»:

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.

Կապարի երկարությունը

Maxim ISM-RF արտադրանքի տվյալները հաճախ խորհուրդ են տալիս օգտագործել հնարավորինս կարճ բարձր հաճախականությամբ մուտքային և ելքային հանգույցներ `նվազագույնի հասցնելու կորուստներն ու ճառագայթումը: Մյուս կողմից, նման կորուստները սովորաբար առաջանում են ոչ իդեալական մակաբուծական պարամետրերից, այնպես որ թե մակաբուծական ինդուկտիվությունը և թե հզորությունը ազդում են միացման սխեմայի վրա, և հնարավորինս կարճ կապարի օգտագործումը օգնում է նվազեցնել պարազիտային պարամետրերը: 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 ինդուկտորով և 3pF կոնդենսատորով LAN/ խառնիչ միացման համար արդյունավետ բաղադրիչի արժեքը մեծապես կազդի, երբ միացումն ու բաղադրիչի դասավորությունը շատ կոմպակտ լինեն:

Ipc-d-317a4 in ‘Institute for Printed Circuits’ provides an industry standard equation for estimating various impedance parameters of microstrip PCB. 2003 թ. 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:

Բանաձևում εr- ը դիէլեկտրիկի դիէլեկտրիկ հաստատունն է, h- ը շերտից կապարի բարձրությունն է, W- ը կապարի լայնությունն է, T- ն `կապարի հաստությունը (նկ. 7): Երբ w/h- ը 0.1 -ից 2.0 -ի միջև է, իսկ εr- ը `1 -ի և 15 -ի միջև, այս բանաձևի հաշվարկի արդյունքները բավականին ճշգրիտ են:

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. Այս օրինակում մենք քննարկում ենք թափառող տարողունակությունը և ինդուկտիվությունը: The standard equation of characteristic capacitance for microstrip lines is:

Նմանապես, բնորոշ ինդուկտիվությունը կարելի է հաշվարկել հավասարումից ՝ օգտագործելով վերը նշված հավասարումը.

Օրինակ, ենթադրենք PCB հաստությունը 0.0625 դյույմ: (h = 62.5 mil), 1 ունցիա պղնձով պատված կապար (t = 1.35 mil), 0.01in (w = 10 մլն), և FR-4 տախտակ: Ուշադրություն դարձրեք, որ FR-4- ի ε R- ն սովորաբար 4.35 ֆարադ/մ (F/m) է, բայց կարող է տատանվել 4.0F/m- ից մինչև 4.7F/m: Այս օրինակում հաշվարկված սեփական արժեքներն են Z0 = 134 ω, C0 = 1.04pF/in, L0 = 18.7nH/in:

AN ISM-RF նախագծման համար տախտակի վրա տանիքների 12.7 մմ (0.5 դյույմ) դասավորության երկարությունը կարող է արտադրել մոտավորապես 0.5pF և 9.3nH պարազիտային պարամետրեր (Նկար 8): Այս մակարդակի մակաբուծական պարամետրերի ազդեցությունը ստացողի ռեզոնանսային ալիքի վրա (LC արտադրանքի տատանում) կարող է հանգեցնել 315 ՄՀց ± 2% կամ 433.92 մՀց ± 3.5% տատանումների: Կապարի մակաբուծային ազդեցությամբ առաջացած լրացուցիչ հզորության և ինդուկտիվության շնորհիվ 315 ՄՀց տատանումների հաճախականության գագաթը հասնում է 312.17 մհց -ի, իսկ 433.92 մՀց տատանումների հաճախականության գագաթը `426.6 մհց:

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. Հաշվիր ռեզոնանսային շղթայի տատանումների հաճախականությունը ՝ օգտագործելով հավասարումը.

Թիթեղի ռեզոնանսային շղթայի գնահատումը պետք է ներառի փաթեթի և դասավորության մակաբուծային ազդեցությունները, իսկ 7.3 ՄՀց ռեզոնանսային հաճախականությունը հաշվարկելիս մակաբույծ պարամետրերը համապատասխանաբար կազմում են 7.5PF և 315PF: Նկատի ունեցեք, որ LC արտադրանքը ներկայացնում է կուտակված հզորություն:

Ամփոփելով ՝ պետք է հետևել հետևյալ սկզբունքներին.

Առաջնորդությունը հնարավորինս կարճ պահեք:

Տեղադրեք հիմնական սխեմաները հնարավորինս մոտ սարքին:

Հիմնական բաղադրիչները փոխհատուցվում են ըստ իրական դասավորության պարազիտիզմի:

Հիմնավորման և լրացման բուժում

The grounding or power layer defines a common reference voltage that supplies power to all parts of the system through a low resistance path. Այս եղանակով բոլոր էլեկտրական դաշտերը հավասարեցնելը ստեղծում է լավ պաշտպանական մեխանիզմ:

Ուղղակի հոսանքը միշտ հակված է հոսելու ցածր դիմադրության ճանապարհով: Նույն կերպ, բարձր հաճախականության հոսանքը նախընտրելիորեն հոսում է ամենացածր դիմադրությամբ ճանապարհով: 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).

Ինչպես խուսափել տպագիր տախտակների PCB- ի դասավորության տարբեր արատներից

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. Մի խառնեք պաշտպանիչ մետաղալարը կապարի հետ, որը նախատեսված է վերադարձի ընթացիկ ուղի ապահովելու համար: Այս պայմանավորվածությունը կարող է ներդնել խաչմերուկ:

Ինչպես խուսափել տպագիր տախտակների PCB- ի դասավորության տարբեր արատներից

ԳՈՐ 10. ՌԴ համակարգի նախագիծը պետք է խուսափի լողացող պղնձե ծածկով լարերից, հատկապես, եթե պահանջվում է պղնձե ծածկ:

Պղնձով ծածկված տարածքը հիմնավորված (լողացող) կամ հիմնավորված չէ միայն մի ծայրում, ինչը սահմանափակում է դրա արդյունավետությունը: 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. Մի խոսքով, եթե մի կտոր պղնձե երեսպատում (ոչ միացումային ազդանշանային լարեր) դրված է տպատախտակի վրա `երեսպատման հետևողական հաստությունը ապահովելու համար: Պղնձով ծածկված տարածքները պետք է խուսափել, քանի որ դրանք ազդում են սխեմաների նախագծման վրա:

Ի վերջո, անպայման հաշվի առեք ալեհավաքի մոտ գտնվող ցանկացած գրունտային տարածքի ազդեցությունը: Monանկացած միաբևեռ ալեհավաք կունենա ստորգետնյա շրջան, լարեր և անցքեր ՝ որպես համակարգի հավասարակշռության մաս, իսկ ոչ իդեալական հավասարակշռության էլեկտրագծերը կազդեն ալեհավաքի ճառագայթման արդյունավետության և ուղղության վրա (ճառագայթման կաղապար): Therefore, the ground area should not be placed directly below the monopole PCB lead antenna.

Ամփոփելով ՝ պետք է հետևել հետևյալ սկզբունքներին.

Հնարավորության դեպքում ապահովեք հիմնավորման շարունակական և ցածր դիմադրության գոտիներ:

Լրացման գծի երկու ծայրերն էլ հիմնավորված են, և հնարավորինս օգտագործվում է միջանցքային զանգված:

Մի լողացեք պղնձով ծածկված մետաղալարեր ՌԴ շղթայի մոտ, մի պղինձ դրեք ՌԴ շղթայի շուրջը:

Եթե ​​տպատախտակը պարունակում է բազմաթիվ շերտեր, ապա ամենալավն այն է, որ հիմք դնել անցքի միջով, երբ ազդանշանային մալուխը մի կողմից անցնում է մյուսը:

Բյուրեղային չափազանց մեծ հզորություն

Մակաբուծական հզորությունը կհանգեցնի բյուրեղների հաճախականության շեղմանը նպատակային արժեքից 9: Հետևաբար, պետք է հետևել որոշ ընդհանուր ուղեցույցների `բյուրեղյա կապում, բարձիկների, լարերի կամ ՌԴ սարքերին միացումների թափառող հզորությունը նվազեցնելու համար:

Պետք է հետևել հետևյալ սկզբունքներին.

Բյուրեղյա և ՌԴ սարքի միջև կապը պետք է հնարավորինս կարճ լինի:

Հնարավորինս հեռու պահեք լարերը միմյանցից:

Եթե ​​շունտի պարազիտային հզորությունը չափազանց մեծ է, հեռացրեք բյուրեղից ներքև հիմնավորված շրջանը:

Planar էլեկտրագծերի ինդուկտիվություն

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. Հետևաբար, վերահսկվող և բարձր Q ինդուկտորները վերքի տիպ են: Երկրորդ, դուք կարող եք ընտրել բազմաշերտ կերամիկական ինդուկտոր, բազմաշերտ չիպային կոնդենսատորների արտադրողները նույնպես տրամադրում են այս արտադրանքը: Այնուամենայնիվ, որոշ դիզայներներ անհրաժեշտության դեպքում ընտրում են պարուրաձև ինդուկտորներ: The standard formula for calculating planar spiral inductance is usually Wheeler’s formula 10:

Որտեղ, a- ն կծիկի միջին շառավիղն է ՝ դյույմերով; N- ը շրջադարձերի թիվն է. C- ը կծիկի միջուկի լայնությունն է (երթուղիչ-լվացքի մեքենա) ՝ դյույմով: Երբ կծիկը c «0.2a 11 է, հաշվարկման մեթոդի ճշգրտությունը 5%-ի սահմաններում է:

Կարելի է օգտագործել քառակուսի, վեցանկյուն կամ այլ ձևերի միաշերտ պարույրային ինդուկտորներ: Շատ լավ մոտավորություններ կարելի է գտնել ինտեգրալ սխեմաների վաֆլիների հարթ պլանավորման ինդուկտիվությունը մոդելավորելու համար: Այս նպատակին հասնելու համար Wheeler- ի ստանդարտ բանաձևը փոփոխվում է ՝ փոքր չափերի և քառակուսի չափերի համար հարմար հարթության ինդուկտիվության գնահատման մեթոդ ստանալու համար:

Որտեղ, ρ լրացման հարաբերակցությունն է .; N- ը պտույտների թիվն է, իսկ dAVG- ն ՝ միջին տրամագիծը. Քառակուսի ուղղանկյունների համար `K1 = 2.36, K2 = 2.75:

Այս տիպի ինդուկտորների օգտագործումից խուսափելու բազմաթիվ պատճառներ կան, որոնք սովորաբար հանգեցնում են ինդուկտիվության արժեքների նվազման ՝ տարածության սահմանափակման պատճառով: The main reasons for avoiding planar inductors are limited geometry and poor control of critical dimensions, which makes it impossible to predict inductor values. Բացի այդ, PCB- ի արտադրության ընթացքում դժվար է վերահսկել ինդուկտիվության իրական արժեքները, և ինդուկտիվությունը նաև հակված է աղմուկը միացնել շրջանի այլ հատվածներին: