Nella progettazione di PCB bordo, con il rapido aumento della frequenza, ci saranno molte interferenze diverse da quelle della scheda PCB a bassa frequenza. Inoltre, con l’aumento della frequenza e la contraddizione tra la miniaturizzazione e il basso costo della scheda PCB, queste interferenze diventeranno sempre più complicate.

Nella ricerca attuale, possiamo concludere che ci sono principalmente quattro aspetti dell’interferenza, tra cui il rumore dell’alimentazione, l’interferenza della linea di trasmissione, l’accoppiamento e l’interferenza elettromagnetica (EMI). Attraverso l’analisi di vari problemi di interferenza del PCB ad alta frequenza e la combinazione con la pratica nel lavoro, vengono proposte soluzioni efficaci.

Innanzitutto, il rumore dell’alimentatore

Nel circuito ad alta frequenza, il rumore dell’alimentazione ha un’evidente influenza sul segnale ad alta frequenza. Therefore, the first requirement of the power supply is low noise. I pavimenti puliti sono importanti quanto l’elettricità pulita. Come mai? Le caratteristiche di potenza sono mostrate in Figura 1. Ovviamente, l’alimentatore ha una certa impedenza e l’impedenza è distribuita su tutto l’alimentatore, quindi il rumore verrà aggiunto all’alimentatore.

Then we should minimize the impedance of the power supply, so it is best to have a dedicated power supply layer and grounding layer. Nella progettazione di circuiti HF, è molto meglio progettare l’alimentatore come uno strato piuttosto che come un bus nella maggior parte dei casi, in modo che il circuito possa sempre seguire il percorso dell’impedenza minima.

Inoltre, la scheda di potenza deve fornire un loop di segnale per tutti i segnali generati e ricevuti sul PCB. Ciò riduce al minimo il loop del segnale e quindi riduce il rumore, che è spesso trascurato dai progettisti di circuiti a bassa frequenza.

La progettazione PCB ad alta frequenza si verifica soluzioni di interferenza

Figura 1: caratteristiche di potenza

Esistono diversi modi per eliminare il rumore di alimentazione nella progettazione PCB:

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. Se l’apertura dello strato di alimentazione è troppo grande, è destinata a influenzare il loop del segnale, il segnale è forzato a bypassare, l’area del loop aumenta e il rumore aumenta. At the same time, if several signal lines are clustered near the opening and share the same loop, the common impedance will cause crosstalk. Vedi la Figura 2.

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Figura 2: percorso comune dell’anello di segnale di bypass

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. Alimentazione analogica e digitale da separare: i dispositivi ad alta frequenza sono generalmente molto sensibili al rumore digitale, quindi i due dovrebbero essere separati, collegati insieme all’ingresso dell’alimentatore, se il segnale attraverso le parti analogiche e digitali del parole, possono essere posizionate nel segnale attraverso un loop per ridurre l’area del loop. Lo span digitale-analogico utilizzato per il loop del segnale è mostrato nella Figura 3.

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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.

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Figura 4: posizionare il cavo di alimentazione accanto alla linea del segnale

Two, transmission line

Ci sono solo due possibili linee di trasmissione in un PCB:

Il problema più grande della linea del nastro e della linea delle microonde è la riflessione. La riflessione causerà molti problemi. Ad esempio, il segnale di carico sarà la sovrapposizione del segnale originale e del segnale di eco, che aumenterà la difficoltà dell’analisi del segnale. La riflessione provoca la perdita di ritorno (perdita di ritorno), che influisce sul segnale tanto quanto l’interferenza del rumore additivo:

1. Il segnale riflesso alla sorgente del segnale aumenterà il rumore del sistema, rendendo più difficile per il ricevitore distinguere il rumore dal segnale;

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) Evitare la discontinuità di impedenza delle linee di trasmissione. Il punto di impedenza discontinua è il punto di mutazione della linea di trasmissione, come angolo dritto, foro passante, ecc., dovrebbe essere evitato per quanto possibile. Metodi: Per evitare angoli retti della linea, per quanto possibile per andare a 45° Angolo o arco, può anche essere un grande angolo; Utilizzare il minor numero possibile di fori passanti, poiché ciascun foro passante è una discontinuità di impedenza, come mostrato in FIG. 5; Signals from the outer layer avoid passing through the inner layer and vice versa.

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Figure 5: Method for eliminating transmission line interference

(b) Do not use stake lines. Perché qualsiasi linea di pali è una fonte di rumore. Se la linea del palo è corta, può essere collegata all’estremità della linea di trasmissione; Se la linea del palo è lunga, prenderà la linea di trasmissione principale come sorgente e produrrà una grande riflessione, il che complicherà il problema. Si consiglia di non utilizzarlo.

Terzo, l’accoppiamento

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.

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Figura 6: Accoppiamento di impedenza comune

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. Questo accoppiamento è notevolmente ridotto, quindi i due fili possono essere attorcigliati insieme per ridurre le interferenze.

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. La dimensione della diafonia induttiva dipende dalla vicinanza dei due circuiti, dalla dimensione dell’area del circuito e dall’impedenza del carico interessato.

5. Accoppiamento del cavo di alimentazione: i cavi di alimentazione CA o CC subiscono interferenze elettromagnetiche

Trasferisci su altri dispositivi.

There are several ways to eliminate crosstalk in PCB design:

1. Entrambi i tipi di diafonia aumentano con l’aumento dell’impedenza di carico, quindi le linee di segnale sensibili alle interferenze causate dalla diafonia dovrebbero essere correttamente terminate.

2. Massimizzare la distanza tra le linee di segnale per ridurre efficacemente la diafonia capacitiva. Gestione della terra, spaziatura tra i cablaggi (come linee di segnale attive e linee di terra per l’isolamento, specialmente nello stato di salto tra la linea del segnale e terra all’intervallo) e riduzione dell’induttanza del cavo.

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. Per diafonia sensibile, l’area del loop dovrebbe essere ridotta al minimo e, se consentito, il loop dovrebbe essere eliminato.

5. Avoid signal sharing loops.

6. Prestare attenzione all’integrità del segnale: il progettista dovrebbe implementare le estremità nel processo di saldatura per risolvere l’integrità del segnale. I progettisti che utilizzano questo approccio possono concentrarsi sulla lunghezza della microstriscia del foglio di rame schermante per ottenere buone prestazioni di integrità del segnale. 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.

Esistono diversi modi per eliminare le interferenze elettromagnetiche nella progettazione dei PCB:

1. Ridurre i loop: ogni loop è equivalente a un’antenna, quindi è necessario ridurre al minimo il numero di loop, l’area dei loop e l’effetto antenna dei loop. 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.

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Figura 7: Tipi di filtri

3. The shielding. A causa della lunghezza del numero più un sacco di articoli schermanti discussioni, non più un’introduzione specifica.

4. Reduce the speed of high-frequency devices.

5. Aumentare la costante dielettrica della scheda PCB, che può impedire alle parti ad alta frequenza come la linea di trasmissione vicino alla scheda di irradiarsi verso l’esterno; 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. Un cablaggio attentamente studiato e terminazioni adeguate possono eliminare i riflessi.

3. Un cablaggio attentamente studiato e terminazioni appropriate possono ridurre la diafonia capacitiva e induttiva.

4. La soppressione del rumore è necessaria per soddisfare i requisiti EMC.