בעיצוב של לוח PCB, עם העלייה המהירה של התדר, יהיו הפרעות רבות השונות מזו של לוח PCB בתדירות נמוכה. יתר על כן, עם עליית התדירות והסתירה בין המזעור והעלות הנמוכה של לוח PCB, הפרעות אלה יהפכו לסבוכות יותר ויותר.

במחקר בפועל, אנו יכולים להסיק כי ישנם בעיקר ארבעה היבטים של הפרעות, כולל רעשי אספקת חשמל, הפרעות בקו שידור, צימוד והפרעה אלקטרומגנטית (EMI). באמצעות ניתוח בעיות הפרעות שונות של PCB בתדירות גבוהה ושילוב עם תרגול בעבודה מוצגים פתרונות יעילים.

ראשית, רעש אספקת חשמל

במעגל התדר הגבוה, לרעש של אספקת החשמל יש השפעה ברורה על האות בתדר גבוה. Therefore, the first requirement of the power supply is low noise. רצפות נקיות חשובות לא פחות מאשר חשמל נקי. למה? מאפייני ההספק מוצגים באיור 1. ברור שלספק הכוח יש עכבה מסוימת, והעכבה מופצת על כל אספקת החשמל, ולכן הרעש יתווסף לאספקת החשמל.

Then we should minimize the impedance of the power supply, so it is best to have a dedicated power supply layer and grounding layer. בתכנון מעגלים hf, עדיף בהרבה לתכנן את אספקת החשמל כשכבה מאשר כאוטובוס ברוב המקרים, כך שהלולאה תמיד תוכל לעקוב אחר נתיב העכבה המינימאלית.

בנוסף, לוח החשמל חייב לספק לולאת אותות לכל האותות שנוצרו והתקבלו במעגל הלוח. זה ממזער את לולאת האותות ובכך מפחית רעש, שלעתים קרובות מתעלמים ממנו מעצבי מעגלים בתדר נמוך.

עיצוב PCB בתדירות גבוהה מתרחש פתרונות הפרעות

איור 1: מאפייני הספק

ישנן מספר דרכים לסלק רעשי חשמל בעיצוב 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. אם פתח שכבת אספקת החשמל גדול מדי, הוא עלול להשפיע על לולאת האות, האות נאלץ לעקוף, אזור הלולאה גדל והרעש גדל. At the same time, if several signal lines are clustered near the opening and share the same loop, the common impedance will cause crosstalk. ראה איור 2.

עיצוב PCB בתדירות גבוהה מתרחש פתרונות הפרעות

איור 2: נתיב משותף של לולאת אות מעקפים

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. אספקת חשמל אנלוגית ודיגיטלית להפרדה: התקנים בתדר גבוה בדרך כלל רגישים מאוד לרעש דיגיטלי, לכן יש להפריד בין השניים, מחוברים יחד בכניסה של ספק הכוח, אם האות על פני החלקים האנלוגיים והדיגיטליים של מילים, ניתן להציב באות על פני לולאה כדי לצמצם את שטח הלולאה. הטווח הדיגיטלי-אנלוגי המשמש ללולאת האותות מוצג באיור 3.

עיצוב PCB בתדירות גבוהה מתרחש פתרונות הפרעות

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.

עיצוב PCB בתדירות גבוהה מתרחש פתרונות הפרעות

איור 4: הנח את כבל החשמל ליד קו האות

Two, transmission line

ישנם רק שני קווי תמסורת אפשריים בלוח PCB:

הבעיה הגדולה ביותר של קו הסרט וקו המיקרוגל היא השתקפות. השתקפות תגרום לבעיות רבות. לדוגמה, אות העומס יהיה סופרפוזיציה של האות המקורי ואות ההד, מה שיגדיל את הקושי בניתוח האותות. השתקפות גורמת לאובדן החזרה (אובדן החזרה), אשר משפיע על האות לא פחות מאשר הפרעות רעש מוסף:

1. האות המוחזר בחזרה למקור האות יגביר את רעש המערכת, מה שיקשה על המקלט להבחין בין רעש לאות;

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:

(א) הימנע מפסיקות עכבה של קווי ההולכה. נקודת העכבה הבלתי רציפה היא נקודת המוטציה של קו ההולכה, כגון פינה ישר, חור דרך וכו ‘, יש להימנע ככל האפשר. שיטות: כדי להימנע מפינות ישרות של הקו, ככל שניתן להגיע לזווית או קשת של 45 °, זווית גדולה יכולה להיות גם; השתמש כמה שפחות חורים דרך, כי כל חור דרך הוא חוסר רציפות עכבה, כפי שמוצג באיור. 5; Signals from the outer layer avoid passing through the inner layer and vice versa.

עיצוב PCB בתדירות גבוהה מתרחש פתרונות הפרעות

Figure 5: Method for eliminating transmission line interference

(b) Do not use stake lines. כי כל קו ערימה הוא מקור לרעש. אם קו הערימה קצר, ניתן לחבר אותו בקו קו ההולכה; אם קו הערימה ארוך, הוא ייקח את קו השידור הראשי כמקור וייצר השתקפות רבה, מה שיסבך את הבעיה. מומלץ לא להשתמש בו.

שלישית, הצימוד

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.

עיצוב PCB בתדירות גבוהה מתרחש פתרונות הפרעות

איור 6: צימוד עכבה נפוצה

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. צימוד זה מצטמצם מאוד, כך שניתן לסובב את שני החוטים יחדיו כדי להפחית הפרעות.

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. גודל השיחה האינדוקטיבית תלוי בסמיכות שתי הלולאות, גודל שטח הלולאה והעכבה של העומס המושפע.

5. צימוד כבלי חשמל: כבלי החשמל AC או DC מופרעים על ידי הפרעה אלקטרומגנטית

העברה למכשירים אחרים.

There are several ways to eliminate crosstalk in PCB design:

1. שני סוגי ההצלבה גוברים עם עליית עכבת העומס, ולכן יש לסיים כראוי את קווי האות הרגישים להפרעות הנגרמות על ידי שיחוב.

2. למקסם את המרחק בין קווי האות כדי להפחית ביעילות הצטברות קיבולית. ניהול קרקע, מרווח בין חיווט (כגון קווי אותות פעילים וקווי קרקע לבידוד, במיוחד במצב הקפיצה בין קו האות לקרקע למרווח) והפחתת השראות עופרת.

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. עבור דיון הצטברות הגיוני, יש למזער את שטח הלולאה, ואם אפשר, יש לחסל את הלולאה.

5. Avoid signal sharing loops.

6. שימו לב לשלמות האותות: על המעצב ליישם קצוות בתהליך הריתוך כדי לפתור את שלמות האות. מעצבים המשתמשים בגישה זו יכולים להתמקד באורך רצועת המיקרו של רדיד הנחושת המגן על מנת להשיג ביצועים טובים של שלמות האות. 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.

ישנן מספר דרכים לחסל הפרעות אלקטרומגנטיות בעיצוב PCB:

1. צמצם לולאות: כל לולאה שווה לאנטנה, לכן עלינו למזער את מספר הלולאות, את שטח הלולאות ואת אפקט האנטנה של הלולאות. 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.

עיצוב PCB בתדירות גבוהה מתרחש פתרונות הפרעות

איור 7: סוגי מסננים

3. The shielding. כתוצאה מאורך הגיליון ועוד הרבה דיונים שמגנים על מאמרים, כבר לא הקדמה ספציפית.

4. Reduce the speed of high-frequency devices.

5. הגדל את הקבוע הדיאלקטרי של לוח PCB, אשר יכול למנוע מחלקים בתדר גבוה כגון קו שידור ליד הלוח להקרין כלפי חוץ; 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. חיווט שקול בקפידה וסיומים נכונים יכולים לחסל השתקפויות.

3. חיווט שקול בקפידה וסיומים נאותים יכולים להפחית את ההתקרבות הקיבולית והאינדוקטיבית.

4. דחיית רעש נדרשת כדי לעמוד בדרישות EMC.