Өнөр жай, илимий жана медициналык радио жыштыгынын (ISM-RF) көптөгөн колдонуу учурлары көрсөткөндөй басма схемасы бул буюмдардын жайгашуусу ар кандай кемчиликтерге дуушар болот.Адамдар көбүнчө бир эле IC эки башка тактага орнотулганын, иштөө көрсөткүчтөрү кыйла айырмаланарын байкашат. 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. Бул кагазда, fr-4 диэлектрики, 0.0625in калыңдыгы эки кабаттуу ПХБ мисал катары, схеманын негизи. Operating in different frequency bands between 315MHz and 915MHz, Tx and Rx power between -120dbm and +13dBm.

Индуктивдүүлүк багыты

Эки индуктор (же эки ПХБ линиясы) бири -бирине жакын болгондо, өз ара индуктивдүүлүк пайда болот. 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:

Бул жерде, YB – В чынжырына киргизилген ката чыңалуусу, IA – А 1 схемасында иштеген учурдагы XNUMX. LM райондук аралыкка, индуктивдүүлүк циклинин аймагына (б.а., магниттик агымга) жана циклдин багытына абдан сезимтал. 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. Бул үчүн, бири -бирине мүмкүн болушунча перпендикуляр, аз кубаттуулуктагы FSK superheterodyne Receiver Evaluation (EV) тактасынын схемасына кайрылыңыз (MAX7042EVKIT) (Figure 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.

Figure 2. Эки башка ПХБ макети көрсөтүлгөн, алардын бири туура эмес багытта жайгашкан элементтерге ээ (L1 жана L3), экинчиси көбүрөөк ылайыктуу.

Жыйынтыктап айтканда, төмөнкү принциптерди карманыш керек:

Индуктивдүүлүк аралыгы мүмкүн болушунча алыс болушу керек.

Индукторлор индукторлордун ортосундагы карама -каршылыкты азайтуу үчүн туура бурчта жайгашкан.

Муфтаны жетектөө

Индукторлордун багыты магниттик кошулууга кандай таасир этсе, өткөргүчтөр бири -бирине өтө жакын болсо, бириктирүү да ошондой таасир этет. Мындай жайгашуу көйгөйү өз ара сезим деп аталган нерсени да жаратат. RF схемасынын эң көйгөйлүү көйгөйлөрүнүн бири – системанын сезгич бөлүктөрүнүн зымдары, мисалы, киргизүү дал келген тармак, кабыл алуучунун резонанстык каналы, өткөргүчтүн антеннага дал келүүчү ж.

Кайтып келүүчү ток жолу магниттик нурланууну азайтуу үчүн мүмкүн болушунча негизги ток жолуна жакын болушу керек. This arrangement helps to reduce the current loop area. Кайтарым ток үчүн идеалдуу аз каршылык жолу адатта коргошундун астындагы жер аймагы болуп саналат – диэлектриктин калыңдыгы коргошундун узундугуна көбөйтүлгөн регионго натыйжалуу чектөө. Бирок, эгерде жердин аймагы бөлүнсө, укуруктун аянты көбөйөт (3 -сүрөт). 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.

Figure 3. Complete чоң аймакты жерге коюу системанын иштешин жакшыртууга жардам берет

Чыныгы индуктор үчүн коргошун багыты магниттик талаанын кошулушуна да олуттуу таасирин тийгизет. Эгерде сезгич чынжырдын учтары бири -бирине жакын болууга тийиш болсо, анда бириктирүүнү азайтуу үчүн коридорлорду тигинен тегиздөө жакшы (4 -сүрөт). If vertical alignment is not possible, consider using a guard line. Коргоо зымынын дизайны үчүн төмөндөгү жерге туташтыруу жана толтуруу тазалоо бөлүмүнө кайрылыңыз.

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.

Сезимтал коргондор тигинен жайгашышы керек.

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

Grounding via

RF схемасынын негизги көйгөйү, адатта, схеманын субоптималдуу мүнөздүү импедансы, анын ичинде схеманын компоненттери жана алардын өз ара байланышы. Жука жез каптоочу коргошун индуктивдик зымга барабар жана жакын жердеги башка коргошундар менен бөлүштүрүлгөн сыйымдуулукту түзөт. Коргошун тешиктен өткөндө индуктивдүүлүк жана сыйымдуулук касиеттерин көрсөтөт.

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. Паразитардык сыйымдуулуктун таасири жалпысынан анча чоң эмес жана адатта жогорку ылдамдыктагы санарип сигналдарынын четки вариациясын пайда кылат (бул макалада талкууланбайт).

Тешиктин эң чоң эффектиси-бул тиешелүү туташуу режиминен келип чыккан паразитардык индуктивдүүлүк. 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 – тешиктин диаметри, дюйм 2.

Кантип басылган такталардын PCB макетинде ар кандай кемчиликтерден сактануу керек

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. Идеалдуу айланып өтүүчү конденсаторлор жабдуу зонасы менен түзүлүштүн ортосунда жогорку жыштыктагы кыска туташууларды камсыз кылат, бирок идеалдуу эмес тешиктер формация менен берүү зонасынын ортосундагы төмөн сезгичтикке таасир этиши мүмкүн. A typical PCB through hole (d = 10 mil, h = 62.5 mil) is approximately equivalent to a 1.34nH inductor. ISM-RF продуктунун конкреттүү иштөө жыштыгын эске алганда, тешиктер резонанстуу канал схемалары, чыпкалар жана дал келген тармактар ​​сыяктуу сезимтал схемаларга терс таасирин тийгизиши мүмкүн.

Эгерде сезимтал схемалар тешиктерди бөлүшсө, башка көйгөйлөр пайда болот, мисалы π тибиндеги тармактын эки колу. Мисалы, түйүлгөн индуктивдүүлүккө барабар идеалдуу тешикти коюу менен, эквиваленттүү схема чынжырдын баштапкы дизайнынан такыр башкача (ФИГ. 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

Сүрөт 6. Идеалдуу жана идеалдуу эмес архитектуралар, схемада потенциалдуу “сигналдык жолдор” бар.

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.

Коргошундун узундугу

Maxim ISM-RF продуктунун маалыматтары көбүнчө жоготууларды жана радиацияны азайтуу үчүн эң кыска мүмкүн болгон жогорку жыштыктагы киргизүү жана чыгаруу ыкмаларын колдонууну сунуштайт. Башка жагынан алганда, мындай жоготуулар, адатта, идеалдуу эмес паразиттик параметрлер менен шартталган, андыктан паразиттик индуктивдүүлүк да, сыйымдуулук да схемага таасир этет жана эң кыска коргошун колдонуу паразиттик параметрлерди азайтууга жардам берет. 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 индуктору жана 3pF конденсатору бар LAN/ аралаштыргыч схемасы үчүн, схема жана компоненттин жайгашуусу абдан тыгыз болгондо, эффективдүү компоненттин мааниси чоң таасирин тийгизет.

Ipc-d-317a4 in ‘Institute for Printed Circuits’ provides an industry standard equation for estimating various impedance parameters of microstrip PCB. Бул документ 2003-жылы IPC-2251 5 менен алмаштырылган, бул ар кандай ПХБ жетелөөлөрү үчүн тагыраак эсептөө ыкмасын камсыз кылат. 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:

Формулада εr диэлектриктин диэлектрик константасы, h – коргошундун катмардан бийиктиги, W – коргошунун туурасы, Т – коргошундун калыңдыгы (7 -сүрөт). W/h 0.1 менен 2.0 ортосунда жана εr 1ден 15ке чейин болгондо, бул формуланын эсептөө жыйынтыктары абдан так.

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. Бул мисалда биз адашкан сыйымдуулукту жана индуктивдүүлүктү талкуулайбыз. The standard equation of characteristic capacitance for microstrip lines is:

Ошо сыяктуу эле, мүнөздөмө индуктивдүүлүгүн теңдемеден жогорудагы теңдеменин жардамы менен эсептесе болот:

Мисалы, 0.0625in бир PCB жоондугу деп ойлойм. (ч = 62.5 миль), 1 унция жез капталган коргошун (t = 1.35 миль), 0.01ин. (w = 10 мил), жана FR-4 тактайы. Көңүл буруңуз, FR-4 ε R адатта 4.35 фарад/м (F/m), бирок 4.0F/m ден 4.7F/m ге чейин болушу мүмкүн. Бул мисалда эсептелген менчик баалуулуктар Z0 = 134 ω, C0 = 1.04pF/in, L0 = 18.7nH/in.

AN ISM-RF дизайны үчүн борттогу 12.7мм (0.5ин) макеттин узундугу болжол менен 0.5pF жана 9.3nH паразиттик параметрлерин өндүрө алат (Figure 8). Бул деңгээлдеги паразиттик параметрлердин алуучунун резонанстык каналына таасири (LC продуктунун вариациясы) 315МГц ± 2% же 433.92мГц ± 3.5% вариацияга алып келиши мүмкүн. Коргошундун паразиттик таасири менен шартталган кошумча сыйымдуулукка жана индуктивдүүлүккө байланыштуу 315МГц термелүү жыштыгынын чокусу 312.17мГцке жетет жана 433.92мГц термелүү жыштыгынын чокусу 426.6мГцке жетет.

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. Теңдемени колдонуу менен резонанстык контурдун термелүү жыштыгын эсептеңиз:

Пластинканын резонанстык схемасын баалоо пакеттин жана макеттин паразиттик эффекттерин камтышы керек жана 7.3MHz резонанстык жыштыгын эсептөөдө паразиттик параметрлер 7.5PF жана 315PF болуп саналат. Белгилей кетүүчү нерсе, LC продукту бирдиктүү сыйымдуулукту билдирет.

Жыйынтыктап айтканда, төмөнкү принциптерди карманыш керек:

Жетекчини мүмкүн болушунча кыска кармаңыз.

Негизги схемаларды түзмөккө мүмкүн болушунча жакын коюңуз.

Негизги компоненттер чыныгы паразитизмге жараша компенсацияланат.

Жерге толтуруу жана толтуруу

The grounding or power layer defines a common reference voltage that supplies power to all parts of the system through a low resistance path. Бардык электр талааларын ушундай жол менен бирдей кылуу жакшы коргоочу механизмди пайда кылат.

Туруктуу ток дайыма каршылыктын төмөн жолу менен агат. Ошол сыяктуу эле, жогорку жыштыктагы ток эң аз каршылыкка ээ болгон жол аркылуу өтөт. 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).

Кантип басылган такталардын PCB макетинде ар кандай кемчиликтерден сактануу керек

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. Кайтаруучу токту камсыз кылуу үчүн иштелип чыккан коргошун зымын аралаштырбаңыз. Бул түзүлүш кроссталкты киргизе алат.

Кантип басылган такталардын PCB макетинде ар кандай кемчиликтерден сактануу керек

Фиг. 10. RF системасынын дизайны жез капталган зымдарды сүзүүдөн качышы керек, айрыкча жез кабыгы талап кылынса.

Жез менен капталган аймак негизделбейт (калкып жүрбөйт) же бир учунда гана негизделбейт, бул анын эффективдүүлүгүн чектейт. 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. Кыскача айтканда, ырааттуу каптоо калыңдыгын камсыз кылуу үчүн микросхеманын бир бөлүгү (схемасыз сигнал зымдары) схемага салынса. Жез менен капталган жерлерден оолак болуу керек, анткени алар схеманын дизайнына таасир этет.

Акыр -аягы, антеннага жакын жердеги кандайдыр бир жердин таасирин эске алууну унутпаңыз. Ар кандай монополиялык антеннада жердин аймагы, зымдары жана тешиктери системанын тең салмактуулугунун бир бөлүгү болот, ал эми идеалдуу эмес тең салмактуулук зымдары радиациянын эффективдүүлүгүнө жана антеннанын багытына таасир этет (радиация шаблону). Therefore, the ground area should not be placed directly below the monopole PCB lead antenna.

Жыйынтыктап айтканда, төмөнкү принциптерди карманыш керек:

Мүмкүн болушунча үзгүлтүксүз жана аз каршылыктуу жерге коюу зоналарын камсыз кылыңыз.

Толтуруу сызыгынын эки учу жерге негизделген жана мүмкүн болушунча тешик аркылуу массив колдонулат.

RF схемасынын жанында жез капталган зымды сүзбөңүз, RF схемасынын айланасына жез салбаңыз.

Эгерде схема бир нече катмардан турган болсо, анда сигнал кабели бир тараптан экинчи тарапка өткөндө тешик аркылуу жер салуу эң жакшы.

Ашыкча кристаллдык сыйымдуулук

Паразитардык сыйымдуулук кристаллдык жыштыктын максаттуу мааниден 9 четтеп кетишине алып келет. Ошондуктан, кристалл казыктардын, төшөмөлөрдүн, зымдардын же RF түзмөктөрүнө туташуунун сыйымдуулугун азайтуу үчүн кээ бир жалпы көрсөтмөлөрдү аткаруу керек.

Төмөндөгү принциптерди карманыш керек:

Кристалл менен RF аппараттын ортосундагы байланыш мүмкүн болушунча кыска болушу керек.

Мүмкүн болушунча зымдарды бири -биринен алыс кармаңыз.

Эгерде шунт паразиттик сыйымдуулугу өтө чоң болсо, кристаллдын астындагы жерге туташтыруучу аймакты алып салыңыз.

Пландык зымдардын индуктивдүүлүгү

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. Ошондуктан, көпчүлүк башкарылуучу жана жогорку Q индукторлору жара түрү. Экинчиден, сиз көп катмарлуу керамикалык индукторду тандай аласыз, көп катмарлуу чип конденсаторлору бул продуктту камсыз кылат. Ошого карабастан, кээ бир дизайнерлер керек болгондо спираль индукторлорун тандашат. The standard formula for calculating planar spiral inductance is usually Wheeler’s formula 10:

Мында, а – катушканын орточо радиусу, дюйм менен; N – бурулуштардын саны; C-катушка өзөгүнүн туурасы (роутер-риннер), дюйм менен. Катушка c “0.2a 11 болгондо, эсептөө методунун тактыгы 5%чегинде болот.

Квадрат, алты бурчтуу же башка формадагы бир катмарлуу спираль индукторлору колдонулушу мүмкүн. Интегралдык микросхемалардын планардык индуктивдүүлүгүн моделдөө үчүн абдан жакшы жакындатууларды табууга болот. Бул максатка жетүү үчүн, стандарттуу Wheeler формуласы чакан өлчөмгө жана квадратка 12 ылайыктуу учактын индуктивдүүлүгүн баалоо ыкмасын алуу үчүн өзгөртүлгөн.

Бул жерде, ρ толтуруу коэффициенти :; N – бурулуштардын саны, ал эми dAVG – орточо диаметри :. Квадрат спиралдар үчүн K1 = 2.36, K2 = 2.75.

Адатта мейкиндиктин чектелишинен улам индуктивдүүлүк баалуулуктарынын төмөндөшүнө алып келген индуктордун бул түрүн колдонбоо үчүн көптөгөн себептер бар. The main reasons for avoiding planar inductors are limited geometry and poor control of critical dimensions, which makes it impossible to predict inductor values. Мындан тышкары, иш жүзүндө индуктивдүүлүк баалуулуктарын PCB өндүрүү учурунда көзөмөлдөө кыйын, ал эми индуктивдүүлүк дагы ызы -чууну чынжырдын башка бөлүктөрүнө кошот.