Gelek dozên serîlêdana hilberên radyoya pîşesazî, zanistî û bijîjkî (ISM-RF) destnîşan dikin ku panelê çapkirî sêwirana van hilberan bi kêmasiyên cihêreng ve mijûl e.Mirov bi gelemperî dibînin ku heman IC -ya ku li ser du panelên dorpêçê yên cihê hatî saz kirin, nîşanên performansê dê bi girîngî cûda bin. 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. Di vê kaxezê de, fr-4 dielectric, 0.0625in sturiya du qat PCB wekî mînak, zeviya qerta qertê. Operating in different frequency bands between 315MHz and 915MHz, Tx and Rx power between -120dbm and +13dBm.

Direction Inductance

Dema ku du induktor (an jî du xetên PCB) nêzî hev bin, dê induktasyona hevbeş çêbibe. 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:

Li ku derê, YB voltaja xeletiyê ye ku li derûdora B tê derzîkirin, IA niha 1 e ku li ser qamçeya A tevdigere. LM ji dûrbûna çerxê, devera lebatê ya induktansiyonê (ango, herikîna magnetîkî), û rêçika loopê pir hesas e. 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. Ji bo vê mebestê, heya ku ji hevûdu re perpendîkular be, ji kerema xwe serî li nexşeya qerta panelê ya hêza kêm FSK superheterodyne Receiver Evaluation (EV) (MAX7042EVKIT) bidin (Wêne 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.

Figureikil 2. Du nexşeyên cûda yên PCB -ê têne xuyang kirin, ku yek ji wan hêmanên ku di rêça xelet de hatine rêz kirin (L1 û L3), ya din jî guncantir e.

Bi kurtasî, divê prensîbên jêrîn werin şopandin:

Navbera induktansiyonê divê heya ku ji dest tê be.

Inductor bi goşeyên rast têne saz kirin da ku xaçepirsiya di navbera induktoran de kêm bike.

Hevberdanê bi rê ve bibin

Çawa ku arastekirina induktoran bandorê li ser hevkêşeya magnetîkî dike, ger ku rêber pir nêzikî hev bin jî hevberdanê dike. Ev celeb pirsgirêka nexşeyê di heman demê de tiştê ku jê re hesta hevbeş tê gotin jî çêdike. Yek ji pirsgirêkên herî pêwendîdar ên çerxa RF têlkirina perçeyên hestiyar ên pergalê ye, wek tora lihevhatinê ya têketinê, kanala resonant a wergirê, tora lihevhatina antenayê ya wergêr, hwd.

Rêya vegera paşîn divê heya ku mumkun be nêzî riya sereke ya heyî be da ku qada magnetîkî ya tîrêjê kêm bike. This arrangement helps to reduce the current loop area. Rêya berxwedana nizm a îdeal a ji bo vegera paşîn bi gelemperî herêma axê ya li binê rê ye – bi bandor qada loopê li deverek ku qalindiya dielektrîkî bi dirêjahiya rêberiyê pirjimar dibe bi sînor dike. Lêbelê, ger devera erdê were perçekirin, devera loopê zêde dibe (Wêne 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.

Figureikil 3. Zemînkirina qadeke mezin temam bike alîkariyê dide performansa pergalê

Ji bo induktorek rastîn, rêça rêber jî bandorek girîng li ser hevberdana qada magnetîkî dike. Ger pêdivî ye ku rêçên çeperek hestiyar nêzî hev bin, çêtirîn e ku meriv rêgezan bi vertîkî li hev bixe da ku hevgirtinê kêm bike (Wêne 4). If vertical alignment is not possible, consider using a guard line. Ji bo sêwirana têlên parastinê, ji kerema xwe serî li beşa dermankirina zemîn û dagirtinê ya li jêr bidin.

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.

Pêdiviyên hestiyar divê bi rêkûpêk werin rêz kirin.

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

Grounding via

Pirsgirêka bingehîn a bi şêwaza qiraxa RF -ê bi gelemperî impedansa taybetmendiya jêrîn a nekêşbar a çerxê ye, di nav de hêmanên derdorê û pêwendiya wan. Serkêşiya bi perdeya sifir a tenik bi têla induktansê re hevseng e û bi rêberên din ên li derdorê re kapasîteyek belavkirî çêdike. Rêber di heman demê de dema ku ew di qulikê re derbas dibe taybetmendiyên induktans û kapasîteyê jî destnîşan dike.

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. Bandora kapasîteya parazît bi gelemperî piçûktir e û bi gelemperî tenê di îşaretên dîjîtal ên bi leza bilind de dibe sedema guheztina behrê (ya ku di vê kaxezê de nayê nîqaş kirin).

Tesîra herî mezin a derî-hundur induktasyona parazîtî ye ku ji hêla moda pêwendiya têkildar ve hatî çêkirin. 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 pîvana derûdora hundurîn e, di inches 2 de ye.

Meriv çawa di nexşeya PCB -a panelên çapkirî de ji kêmasiyên cihêreng dûr dikeve

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. Kondensatorên baypasê yên îdeal di navbera qada peydakirinê û çêbûnê de qurûşên kurt-frekansê yên bilind peyda dikin, lê kunên ne-îdeal dikarin di navbera damezrandin û devera dabînkirinê de bandorê li ser hestiyariya kêm bikin. A typical PCB through hole (d = 10 mil, h = 62.5 mil) is approximately equivalent to a 1.34nH inductor. Ji ber frekansa xebitandinê ya taybetî ya hilbera ISM-RF, ji ber-kunan re dibe ku bandorek neyînî li derdorên hesas ên wekî şaxên kanala resonans, parzûn û torên hevgirtî bike.

Pirsgirêkên din derdikevin ger derdorên hesas qulikan parve bikin, wek du destên torgiloka π -tîp. Mînakî, bi danîna kunek îdeal a ku bi induktasyona qulkirî re wekhev e, şematîka wekhev ji sêwirana çerxa xwerû pir cûda ye (IGikil. 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

Figureikil 6. Avahîsazên îdeal li hember ne-îdeal, di çerxê de “rêyên sînyala” potansiyel hene.

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.

Dirêjahiya rêberiyê

Daneyên hilberê Maxim ISM-RF bi gelemperî pêşniyar dike ku rê û têketin-derketina herî kurt a gengaz bikar bîne da ku zirar û tîrêjê kêm bike. Ji hêla din ve, windahiyên weha bi gelemperî ji hêla parameterên parazîtî yên ne-îdeal ve têne çêkirin, ji ber vê yekê hem induktasyona û hem jî kapasîteya parazîtî bandorê li nexşeya qertê dike, û karanîna rêça herî kurt a gengaz dibe alîkar ku parametreyên parazîtî kêm bibin. 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. Ji bo çerxek LAN/ mixer bi induktorek 20nH û kondensatorek 3pF, nirxa hêja ya bandorker dê pir bandorker bibe dema ku xêzik û xêzika berhevokê pir zexm in.

Ipc-d-317a4 in ‘Institute for Printed Circuits’ provides an industry standard equation for estimating various impedance parameters of microstrip PCB. Ev belge di 2003-an de ji hêla IPC-2251 5 ve hate guheztin, ku ji bo cûrbecûr pêşengên PCB-ê rêbaza hejmartina rasttir peyda dike. 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:

Di formula de, εr sabîta dielektrîkî ya dielektrîkî ye, h bilindahiya rêberiyê ye ji tebeqeyê, W firehiya pêşengiyê ye, û T jî stûriya seriyê ye (WIGN 7). Dema ku w/h di navbera 0.1 û 2.0 û εr di navbera 1 û 15 de be, encamên hesabkirina vê formula pir rast in.

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. Di vê mînakê de, em qala kapasîteya xalî û induktansiyetê dikin. The standard equation of characteristic capacitance for microstrip lines is:

Bi vî rengî, induksiyona taybetmendiyê dikare ji hevkêşeyê bi karanîna hevkêşeya jorîn were hesibandin:

Mînakî, qalindiyek PCB -ya 0.0625in bihesibînin. (h = 62.5 mil), 1 ons rêber bi ser sifir (t = 1.35 mil), 0.01in. (w = 10 mil), û tabloyek FR-4. Têbînî ku ε R ya FR-4 bi gelemperî 4.35 farad/m (F/m) ye, lê dikare ji 4.0F/m heya 4.7F/m be. Nirxên xweser ên di vê mînakê de têne hesibandin Z0 = 134 ω, C0 = 1.04pF/in, L0 = 18.7nH/in.

Ji bo sêwirana AN ISM-RF, dirêjahiya sêwirana 12.7mm (0.5in) ya li ser panelê dikare parametreyên parazîtîkî yên bi qasî 0.5pF û 9.3nH çêbike (Wêne 8). Bandora parametreyên parazîtî di vê astê de li ser kanala resonant a wergirê (guhertina hilbera LC) dibe ku bibe sedema 315MHz ± 2% an 433.92mhz ± 3.5% guherîn. Ji ber kapasîteya zêde û induktasyona ku ji ber bandora parazîtî ya pêşengiyê çêdibe, lûtkeya frekansa lerizîna 315MHz digihîje 312.17mhz, û lûtkeya frekansa lerizîna 433.92mhz digihîje 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. Bi karanîna wekheviyê frekansa lerizînê ya gerdûna resonant hesab bikin:

Nirxandina çerxa resonant a plakayê divê bandorên parazîtî yên pakêt û nexşeyê vebigire, û parametreyên parazîtî bi rêzê 7.3PF û 7.5PF ne dema ku frekansa rezonanta 315MHz tê hesibandin. Zanibe ku hilbera LC kapasîteya kemilandî destnîşan dike.

Bi kurtasî, divê prensîbên jêrîn werin şopandin:

Rêberiyê heya ku ji dest tê kurt bikin.

Qonaxên kilîtê heya ku ji dest tê nêzî cîhazê bikin.

Pêkhateyên sereke li gorî parazîtîzma nexşeya rastîn têne telafî kirin.

Dermankirina erd û dagirtinê

The grounding or power layer defines a common reference voltage that supplies power to all parts of the system through a low resistance path. Wekhevkirina hemî zeviyên elektrîkê bi vî rengî mekanîzmayek mertalê baş çêdike.

Hêza rasterast her gav meyl dike ku di rêyek berxwedanek nizm de biherike. Bi heman awayî, pêla bilind-frekansê bi tercîhî di rêça ku berxwedana herî hindik derbas dibe re derbas dibe. 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).

Meriv çawa di nexşeya PCB -a panelên çapkirî de ji kêmasiyên cihêreng dûr dikeve

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. Têla cerdevaniyê bi rêberê ku ji bo peydakirina rêça vegera heyî hatî çêkirin tevlihev nekin. Ev rêkeftin dikare xaçepirsê bide nasîn.

Meriv çawa di nexşeya PCB -a panelên çapkirî de ji kêmasiyên cihêreng dûr dikeve

KEMAN. 10. Divê sêwirana pergala RF -ê ji têlên pêçandî yên pêçandî dûr bixe, nemaze ku pêçandina sifir hewce ye.

Qada ku bi sifir hatî pêçandin ne zemînkirî ye (diherike) an tenê li yek dawiya wê tê hilanîn, ku bandora wê sînordar dike. 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. Bi kurtasî, heke perçeyek kincê sifir (têlên îşaretê yên ne-çember) li ser qerta qertê were danîn da ku qalîteya pêgirtî ya domdar were misoger kirin. Divê deverên ku bi sifir hatine lêkirin ji holê werin rakirin ji ber ku ew bandorê li sêwirana qadê dikin.

Di dawiyê de, pê ewle bine ku hûn bandorên her devera erdê li nêzîkê anteneyê bifikirin. Her antenek monopole dê bibe qada axê, têl û kûn wekî beşek ji hevsengiya pergalê, û têlên hevsengiya ne-îdeal dê bandorê li tîrêjê tîrêjê û rêça antenê (şablona tîrêjê) bike. Therefore, the ground area should not be placed directly below the monopole PCB lead antenna.

Bi kurtasî, divê prensîbên jêrîn werin şopandin:

Heya ku ji dest tê qadên axê yên domdar û kêm-berxwedan peyda bikin.

Her du dawiya xeta dagirtinê zemînkirî ne, û heya ku ji dest tê çeperek nav-kunê tê bikar anîn.

Têla pêçayî ya bi sifir li nêzîkê RF -ê nexeniqînin, sifir li dora RF -ê nexin.

Ger tabloya qatê gelek tebeqeyan vebike, çêtirîn e ku meriv zemînê bi qulikê ve bike dema ku kabloya îşaretê ji aliyekî derbasî aliyê din dibe.

Kapasîteya krîstal a zêde

Kapasîteya parazîtî dê bibe sedem ku frekansa krîstalê ji nirxa hedef 9 derkeve. Ji ber vê yekê, divê hin rêwerzên gelemperî werin şopandin da ku hûn kapasîteya rêwîtiyê ya pin, pêl, têl, an girêdanên bi cîhazên RF re kêm bikin.

Divê prensîbên jêrîn werin şopandin:

Têkiliya di navbera cîhaza krîstal û RF de divê heya ku mimkun be kurt be.

Heya ku ji dest tê têlên ji hevûdu biparêzin.

Ger kapasîteya parazîtê ya shunt pir mezin e, devera erdzemînê ya li binê krîstalê jê bikin.

Inductansiya têlên 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. Ji ber vê yekê, pir induktorên kontrolkirî û bilind Q celebê birînê ne. Ya duyemîn, hûn dikarin induktora seramîk a pir -qat hilbijêrin, hilberînerên kondensatorê çîpên pirreng jî vê hilberê peyda dikin. Digel vê yekê, hin sêwiran gava ku ew neçar in induktorên spiral hilbijêrin. The standard formula for calculating planar spiral inductance is usually Wheeler’s formula 10:

Li ku derê, a radius ya navîn ya kulikê ye, di inches; N hejmara ziviran e; C firehiya kelûmêla kulîlkê (router-rinner) e, bi inches e. Dema ku coil c “0.2a 11, rastbûna rêbaza hejmartinê di nav%5 de ye.

Induktorên spiral ên yek qat ên şeklên çargoşe, şeşgoşe, an yên din dikarin bêne bikar anîn. Nêzîkbûnên pir baş têne dîtin ku ji bo modela induktasyona planar a li ser wafersên tevnehevkirî model bikin. Ji bo ku em bigihîjin vê mebestê, formula standard Wheeler tê guheztin ku ji bo mezinahiya piçûktir û mezinahiya çargoşe rêbazek texmîna induktansiyonê ya balafirê bistîne.

Ku, ρ rêjeya dagirtinê ye :; N hejmara ziviran e, û dAVG pîvana navîn e :. Ji bo hêlînên çargoşe, K1 = 2.36, K2 = 2.75.

Gelek sedem hene ku meriv ji karanîna vî celebê induktor dûr bikeve, ku bi gelemperî ji ber tixûbên fezayê nirxên induktasyonê kêm dike. The main reasons for avoiding planar inductors are limited geometry and poor control of critical dimensions, which makes it impossible to predict inductor values. Wekî din, di dema hilberîna PCB -ê de kontrolkirina nirxên induktansê yên dijwar dijwar e, û inductance jî meylê dide ku deng li perçeyên din ên gerdûnê bicivîne.