Fjölmörg notkunartilvik iðnaðar-, vísinda- og læknisfræðilegrar útvarpsbylgjutíðni (ISM-RF) sýna að prentuð hringrás borð skipulag þessara vara er hætt við ýmsum göllum.Fólk kemst oft að því að sama IC er sett upp á tveimur mismunandi hringrásartöflum, árangursvísar verða verulega mismunandi. 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. Í þessum pappír, fr-4 dísel rafmagns, 0.0625 í þykkt tvískiptur PCB sem dæmi, hringrásarborð jarðtengingu. Operating in different frequency bands between 315MHz and 915MHz, Tx and Rx power between -120dbm and +13dBm.

Inductance átt

Þegar tveir spóla (eða jafnvel tvær PCB línur) eru nálægt hvor öðrum mun gagnkvæm hvatvísi eiga sér stað. 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:

Þar sem, YB er villuspenna sprautað í hringrás B, IA er núverandi 1 sem verkar á hringrás A. LM er mjög næmt fyrir hringrásarbilum, hvatvísi lykkjusvæði (þ.e. segulstreymi) og lykkju stefnu. 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. Í þessu skyni, eins hornrétt og mögulegt er hvert á annað, vinsamlegast vísa til hringrásarskipulags FSK superheterodyne Receiver Evaluation (EV) spjaldsins (MAX7042EVKIT) (mynd 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.

Mynd 2. Tvær mismunandi PCB skipulag eru sýndar, annar þeirra hefur þættina raðað í ranga átt (L1 og L3), en hitt er hentugra.

Til að draga saman, þá ætti að fylgja eftirfarandi meginreglum:

Bilið á bilinu ætti að vera eins langt og mögulegt er.

Inndráttartækjum er raðað hornrétt til að lágmarka yfirgang milli spóla.

Leiddu tenginguna

Rétt eins og stefna spóla hefur áhrif á segulmagnaða tengingu, þá hefur tengingin líka ef leiðararnir eru of nálægt hvor öðrum. Svona skipulagsvandamál framleiðir einnig það sem kallað er gagnkvæm tilfinning. Eitt af áhyggjuefnum RF hringrásarinnar er raflögn viðkvæmra hluta kerfisins, svo sem inntakssamhæfingarnet, ómandi rás móttakara, loftnetssendingarnet sendisins osfrv.

Endurstraumsleiðin ætti að vera eins nálægt aðalstraumsleiðinni og mögulegt er til að lágmarka segulsvið geislunar. This arrangement helps to reduce the current loop area. Hin fullkomna lága mótstöðu leið fyrir afturstrauminn er venjulega jörðarsvæðið undir leiðslunni – takmarkar í raun lykkjusvæðið við svæði þar sem þykkt dielectric er margfaldað með lengd blýsins. Hins vegar, ef jörðarsvæðið er klofið, eykst lykkjusvæðið (mynd 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.

Mynd 3. Heild jarðtengingar á stóru svæði hjálpar til við að bæta afköst kerfisins

Fyrir raunverulegan spóla hefur leiðarstefna einnig veruleg áhrif á segulsviðstengingu. Ef leiðar viðkvæmrar hringrásar verða að vera nálægt hvor öðrum, er best að stilla leiðarana lóðrétt til að draga úr tengingu (mynd 4). If vertical alignment is not possible, consider using a guard line. Varðandi hönnun verndarvír, vinsamlegast skoðaðu kafla um jarðtengingu og fyllingu hér að neðan.

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

Aðalvandamálið með skipulag RF hringrásar er venjulega undir hámarks einkennandi viðnám hringrásarinnar, þ.mt hringrásaríhlutir og samtengingar þeirra. Blýið með þunnt koparhúð jafngildir hvatvírinu og myndar dreifða rýmd með öðrum leiðum í nágrenninu. Blýið sýnir einnig hvatvísi og rýmiseiginleika þegar það fer í gegnum gatið.

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. Áhrif sníkjudrifs eru almennt lítil og valda venjulega aðeins brúnbreytingum í háhraða stafrænum merkjum (sem ekki er fjallað um í þessari grein).

Stærstu áhrifin í gegnum gatið eru sníkjudýrs hvatvísi af völdum samsvarandi samtengingarhamar. 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 er þvermál gegnumholunnar, í tommum 2.

Hvernig á að forðast ýmsa galla í uppsetningu PCB prentaðra spjalda

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. Tilvalin framhjáþétti veitir hátíðni skammhlaup milli aðfangasvæðis og myndunar, en óhugsaðar gegnumgöt geta haft áhrif á lítil næmni milli myndunar og framboðssvæðis. A typical PCB through hole (d = 10 mil, h = 62.5 mil) is approximately equivalent to a 1.34nH inductor. Í ljósi sérstakrar vinnslutíðni ISM-RF vörunnar geta gegnumgötin haft slæm áhrif á viðkvæmar hringrásir eins og hringrásarásar, síur og samsvarandi net.

Önnur vandamál koma upp ef viðkvæmar hringrásir deila holum, svo sem tveimur örmum π -netkerfis. Til dæmis, með því að setja fullkomna holu sem jafngildir klumpuðum hvatvísi, er samsvarandi skýringarmynd nokkuð frábrugðin upphaflegu hringrásarhönnuninni (mynd 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

Mynd 6. Tilvalin vs ekki hugsjón arkitektúr, það eru hugsanlegar „merkisleiðir“ í hringrásinni.

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.

Lengd blýsins

Maxim ISM-RF vörugögn mæla oft með því að nota stystu mögulegu hátíðni inntak og úttak leiðir til að lágmarka tap og geislun. Á hinn bóginn er slíkt tap venjulega af völdum sniðgengra sníkjudýraþátta, þannig að bæði sníkjudýrs hvatvísi og rýmd hafa áhrif á hringrásarskipulagið og notkun á stystu mögulegu blýi hjálpar til við að draga úr sníkjudýrabreytum. 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. Fyrir LAN/ hrærivélarrás með 20nH spóla og 3pF þétti mun áhrif á áhrifamátt íhluta hafa mikil áhrif þegar hringrás og skipulag íhluta eru mjög þétt.

Ipc-d-317a4 in ‘Institute for Printed Circuits’ provides an industry standard equation for estimating various impedance parameters of microstrip PCB. Þessu skjali var skipt út árið 2003 fyrir IPC-2251 5, sem veitir nákvæmari útreikningsaðferð fyrir ýmsar PCB leiðir. 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:

Í formúlunni er εr dielectric fasti dielectricins, h er hæð leiðarinnar frá laginu, W er breiddin á leadinu og T er þykkt blýsins (mynd 7). Þegar w/h er á milli 0.1 og 2.0 og εr er á milli 1 og 15 eru útreikningsniðurstöður þessarar formúlu nokkuð nákvæmar.

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. Í þessu dæmi fjöllum við um villtan rýmd og hvatvísi. The standard equation of characteristic capacitance for microstrip lines is:

Á sama hátt er hægt að reikna út einkennandi hvatvísi út frá jöfnunni með því að nota ofangreinda jöfnu:

Gerðu til dæmis ráð fyrir PCB þykkt 0.0625in. (h = 62.5 mil), 1 eyri koparhúðuð blý (t = 1.35 mil), 0.01 í. (w = 10 mil), og FR-4 borð. Athugið að ε R FR-4 er venjulega 4.35 farad/m (F/m), en getur verið á bilinu 4.0F/m til 4.7F/m. Eigin gildi reiknuð í þessu dæmi eru Z0 = 134 ω, C0 = 1.04pF/in, L0 = 18.7nH/in.

Fyrir AN ISM-RF hönnun getur 12.7 mm (0.5 tommu) útlitslengd leiða á spjaldinu framleitt sníkjudýrsbreytur sem eru u.þ.b. 0.5pF og 9.3nH (mynd 8). Áhrif sníkjudýra breytur á þessu stigi á ómgang rás móttakara (breyting á LC vöru) getur leitt til 315MHz ± 2% eða 433.92mhz ± 3.5% breytileika. Vegna viðbótargetu og hvatvísa af völdum sníkjudýraáhrifa blýsins nær hámarki 315MHz sveiflutíðni 312.17mhz og hámarki 433.92mhz sveiflutíðni nær 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. Reiknaðu sveiflutíðni ómhringrásar með því að nota jöfnuna:

Mat á ómun hringrás plötunnar ætti að fela í sér sníkjudýraáhrif pakkans og útlitið og sníkjudýrsbreyturnar eru 7.3PF og 7.5PF í sömu röð við útreikning á 315MHz ómunartíðni. Athugið að LC afurðin táknar þétta rýmd.

Til að draga þetta saman þá verður að fylgja eftirfarandi meginreglum:

Hafðu forystuna eins stutta og mögulegt er.

Settu lykilrásir eins nálægt tækinu og mögulegt er.

Lykilhlutum er bætt í samræmi við raunverulega sníkjudýr.

Meðferð við jarðtengingu og fyllingu

The grounding or power layer defines a common reference voltage that supplies power to all parts of the system through a low resistance path. Með því að jafna öll rafsvið með þessum hætti myndast góður varnarbúnaður.

Beinn straumur hefur alltaf tilhneigingu til að flæða eftir lágri mótstöðu. Á sama hátt rennur hátíðni núverandi helst í gegnum slóðina með lægsta mótstöðu. 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).

Hvernig á að forðast ýmsa galla í uppsetningu PCB prentaðra spjalda

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. Ekki blanda hlífðarvírnum við blýið sem ætlað er að veita afturstraumsleið. Þetta fyrirkomulag getur innleitt yfirtal.

Hvernig á að forðast ýmsa galla í uppsetningu PCB prentaðra spjalda

FIG. 10. RF kerfishönnunin ætti að forðast fljótandi koparklædda víra, sérstaklega ef þörf er á koparhúð.

Koparklædda svæðið er ekki jarðtengt (fljótandi) eða jarðtengt aðeins í annan enda, sem takmarkar skilvirkni þess. 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. Í stuttu máli, ef stykki af koparklæðningu (hringlaga merki raflögn) er lagt á hringrásartöfluna til að tryggja stöðuga málmþykkt. Forðast skal koparklædd svæði þar sem þau hafa áhrif á hönnun hringrásarinnar.

Að lokum, vertu viss um að huga að áhrifum jarðsvæðis nálægt loftnetinu. Sérhver einliða loftnet mun hafa jörðarsvæðið, raflögn og holur sem hluta af kerfisjafnvægi og óhugsjón jafnvægislögn mun hafa áhrif á geislavirkni og stefnu loftnetsins (geislasniðmát). Therefore, the ground area should not be placed directly below the monopole PCB lead antenna.

Til að draga saman, þá ætti að fylgja eftirfarandi meginreglum:

Veittu samfelld og lágþol jarðtengingu eins langt og hægt er.

Báðir endar fyllingarlínunnar eru jarðtengdir og fylkisgata er notuð eins langt og hægt er.

Ekki fljóta koparklædda vír nálægt RF hringrás, ekki leggja kopar í kringum RF hringrás.

Ef hringrásin inniheldur mörg lög er best að leggja jörð í gegnum gat þegar merkisstrengurinn fer frá annarri hliðinni til annars.

Of mikil kristalrými

Sníkjudrif mun valda því að kristaltíðni víkur frá markgildi 9. Þess vegna ætti að fylgja nokkrum almennum leiðbeiningum til að draga úr villigetu kristalpinna, púða, víra eða tenginga við RF tæki.

Eftirfarandi meginreglum ber að fylgja:

Tengingin milli kristalsins og RF tækisins ætti að vera eins stutt og mögulegt er.

Haltu raflögninni frá hvort öðru eins langt og mögulegt er.

Ef sníkjudýrsrýmið er of stórt skal fjarlægja jarðtengingu fyrir neðan kristalinn.

Planar raflögn hvatvísi

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. Þess vegna eru flestir stjórnaðir og háir Q inductors sárgerðir. Í öðru lagi geturðu valið margra laga keramikspóla, framleiðendur marglaga flísþétta veita einnig þessa vöru. Engu að síður velja sumir hönnuðir spíralspóla þegar þeir þurfa. The standard formula for calculating planar spiral inductance is usually Wheeler’s formula 10:

Hvar, a er meðalradíus spólu, í tommum; N er fjöldi snúninga; C er breidd spólu kjarnans (leiðarhlaupari), í tommum. Þegar spólan c “0.2a 11 er nákvæmni útreikningsaðferðarinnar innan 5%.

Hægt er að nota einlaga spíralspóla af ferkantuðum, sexhyrndum eða öðrum formum. Hægt er að finna mjög góðar nálægingar við að líkja við flata hvatvísi á þykkum hringjum. Til að ná þessu markmiði er staðlaða Wheeler formúlan breytt til að fá áætlunarflugmælingaraðferð sem hentar fyrir litla stærð og fermetra stærð 12.

Hvar, ρ er fyllingarhlutfallið :; N er fjöldi snúninga og dAVG er meðalþvermál: Fyrir ferkantaða helix er K1 = 2.36, K2 = 2.75.

Það eru margar ástæður til að forðast að nota þessa tegund af hvatamæli, sem venjulega hefur í för með sér lækkun á hvatvísi vegna takmarkana á plássi. The main reasons for avoiding planar inductors are limited geometry and poor control of critical dimensions, which makes it impossible to predict inductor values. Að auki er erfitt að stjórna raunverulegum hvatvísi við PCB framleiðslu og hvatvísi hefur einnig tilhneigingu til að tengja hávaða við aðra hluta hringrásarinnar.