د صنعتي ، ساینسي ، او طبي راډیو فریکوینسي (ISM-RF) محصولاتو ډیری غوښتنلیک قضیې ښیې چې د چاپ شوی سرکټ بورډ د دې محصولاتو ترتیب د مختلف نیمګړتیاو سره مخ دی.خلک ډیری وختونه ومومي چې ورته IC په دوه مختلف سرکټ بورډونو کې نصب شوی ، د فعالیت شاخصونه به د پام وړ توپیر ولري. 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. پدې مقاله کې ، fr-4 ډایالټریک ، د 0.0625in ضخامت ډبل پرت PCB د مثال په توګه ، د سرکټ بورډ ځمکنی. Operating in different frequency bands between 315MHz and 915MHz, Tx and Rx power between -120dbm and +13dBm.

د داخلیدو لارښود

کله چې دوه انډکټرز (یا حتی د PCB دوه لاینونه) یو بل ته نږدې وي ، دوه اړخیز انډکشن به واقع شي. 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:

چیرته ، YB د غلطۍ ولتاژ دی چې په سرکټ B کې انجیکشن کیږي ، IA اوسنی 1 دی چې په سرکټ A عمل کوي. LM د سرکټ واټن ، انډکټانس لوپ ساحه (یعنی مقناطیسي جریان) ، او لوپ سمت ته خورا حساس دی. 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. د دې هدف لپاره ، هرڅومره چې ممکنه وي یو بل ته ، مهرباني وکړئ د ټیټ بریښنا FSK سوپر هیټروډین ریسیور ارزونې (EV) بورډ (MAX7042EVKIT) سرکټ ترتیب ته مراجعه وکړئ (شکل 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.

شکل 2. د PCB دوه مختلف ترتیبونه ښودل شوي ، چې یو یې عناصر په غلط لوري (L1 او L3) کې تنظیم شوي ، پداسې حال کې چې بل خورا مناسب دی.

د لنډیز لپاره ، لاندې اصول باید تعقیب شي:

د داخلېدو فاصله باید د امکان تر حده لرې وي.

انډکټرې په سم زاویو کې تنظیم شوي ترڅو د انډکټرانو ترمینځ کراسسټال کم کړي.

ملګرتیا رهبري کړئ

لکه څنګه چې د انډکټرانو تمرکز مقناطیسي جوړه اغیزه کوي ، همداسې جوړه هم کوي که چیرې لیډز یو بل ته ډیر نږدې وي. د دې ډول ترتیب ستونزه هم هغه څه رامینځته کوي چې دوه اړخیز احساس ورته ویل کیږي. د RF سرکټ یوه ترټولو اندیښنه ستونزه د سیسټم حساس برخو تارول دي ، لکه د انپټ میچ کولو شبکه ، د ترلاسه کونکي ریزونټ چینل ، د ټرانسمیټر اینټینا میچ کولو شبکه ، او داسې نور.

د بیرته راستنیدو اوسنۍ لاره باید د ممکنه اصلي اوسني لارې سره نږدې وي ترڅو د وړانګو مقناطیسي ساحه کمه کړي. This arrangement helps to reduce the current loop area. د بیرته راستنیدو لپاره د ټیټ مقاومت مثبته لاره معمولا د لیډ لاندې ځمکې سیمه وي – په مؤثره توګه د لوپ ساحه یوې سیمې ته محدودوي چیرې چې د ډایالیکټریک ضخامت د لیډ اوږدوالي سره ضرب کیږي. په هرصورت ، که چیرې د ځمکې ساحه وویشل شي ، د لوپ ساحه لوړیږي (شکل 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.

شکل 3. د لوی ساحې بشپړ کول د سیسټم فعالیت ښه کولو کې مرسته کوي

د ریښتیني پیل کونکي لپاره ، د لارښود لارښود هم د مقناطیسي ساحې ملتیا باندې د پام وړ اغیزه لري. که د حساس سرکټ لیډونه باید یو بل ته نږدې وي ، نو غوره ده چې لیډونه په عمودي ډول تنظیم کړئ ترڅو جوړه جوړه کمه کړئ (شکل 4). If vertical alignment is not possible, consider using a guard line. د محافظت تار ډیزاین لپاره ، مهرباني وکړئ لاندې د ځمکې لاندې کولو او ډکولو درملنې برخې ته مراجعه وکړئ.

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.

حساس لیډونه باید په عمودي ډول تنظیم شي.

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

Grounding via

د RF سرکټ ترتیب سره اصلي ستونزه معمولا د سرکټ فرعي غوره ځانګړتیا معیوبیت وي ، پشمول د سرکټ اجزا او د دوی اړیکې. لیډ د مسو پتلي پوښ سره د انډکټانس تار سره مساوي دی او په شاوخوا کې د نورو لیډونو سره توزیع شوي ظرفیت جوړوي. لیډ د انډکشنانس او ​​کیپسیټینس ملکیتونه هم ښیې ځکه چې دا له سوري څخه تیریږي.

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. د پرازیتي ظرفیت اغیز عموما کوچنی دی او معمولا یوازې د لوړ سرعت ډیجیټل سیګنالونو کې د څنډې توپیر لامل کیږي (کوم چې پدې مقاله کې نه بحث کیږي).

د سوري له لارې ترټولو لوی تاثیر د پرازیتي تعامل دی چې د اړونده اتصال حالت له امله رامینځته شوی. 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 د سوراخ قطر دی ، په انچ 2 کې.

د چاپ شوي بورډونو PCB ترتیب کې د مختلف نیمګړتیاو څخه مخنیوي څرنګوالی

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. مثالی بای پاس کیپسیټرونه د اکمالاتو زون او جوړښت ترمینځ د لوړ فریکونسي لنډ سرکټونه چمتو کوي ، مګر غیر مثالي له لارې سوري کولی شي د جوړښت او اکمالاتو زون ترمینځ د ټیټ حساسیت لاره اغیزه وکړي. A typical PCB through hole (d = 10 mil, h = 62.5 mil) is approximately equivalent to a 1.34nH inductor. د ISM-RF محصول ځانګړي عملیاتي فریکوینسي په پام کې نیولو سره ، د سوري سوري کولی شي حساس سرکټو باندې منفي اغیزه وکړي لکه د ګونجونکي چینل سرکټونه ، فلټرونه ، او ورته شبکې.

نورې ستونزې راپورته کیږي که حساس سرکټونه سوري شریک کړي ، لکه د π – ډول شبکې دوه لاسونه. د مثال په توګه ، د لامپډ انډکټینس سره مساوي مثالي سوري ځای په ځای کولو سره ، مساوي سکیماتیک د اصلي سرکټ ډیزاین څخه خورا توپیر لري (FIG. 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

شکل 6. مثالي او غیر مثالي معمارۍ ، په سرکټ کې احتمالي “سیګنال لارې” شتون لري.

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.

د لیډ اوږدوالی

د میکسیم ISM-RF محصول ډیټا ډیری وختونه وړاندیز کوي د ترټولو لنډ ممکنه لوړ فریکونسۍ ان پټ او محصول کارول د زیانونو او وړانګو کمولو لامل کیږي. له بلې خوا ، دا ډول زیانونه معمولا د غیر مثالي پرازیتي پیرامیټرو له امله رامینځته کیږي ، نو دواړه پرازیتي انډکټینس او ​​کیپسیټانس د سرکټ ترتیب اغیزه کوي ، او د لنډې ممکنه لیډ کارول د پرازیتي پیرامیټرو کمولو کې مرسته کوي. 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. د 20nH انډکټر او 3pF کیپسیټر سره د LAN/ مکسر سرکټ لپاره ، د مؤثره برخې ارزښت به خورا ډیر اغیزمن شي کله چې د سرکټ او برخې ترتیب خورا کمپیک وي.

Ipc-d-317a4 in ‘Institute for Printed Circuits’ provides an industry standard equation for estimating various impedance parameters of microstrip PCB. دا سند په 2003 کې د IPC-2251 5 لخوا ځای په ځای شوی ، کوم چې د مختلف PCB لیډونو لپاره د دقیق محاسبې میتود چمتو کوي. 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:

په فورمول کې ، isr د ډای الیکټریک ډایالټریک ثابت دی ، h د سټراټم څخه د لیډ لوړوالی دی ، W د لیډ پلنوالی دی ، او T د لیډ ضخامت دی (FIG. 7). کله چې w/h د 0.1 او 2.0 ترمینځ وي او εr د 1 او 15 ترمینځ وي ، د دې فورمول محاسبې پایلې خورا دقیقې دي.

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. پدې مثال کې ، موږ د ضعیف ظرفیت او انډکشن په اړه بحث کوو. The standard equation of characteristic capacitance for microstrip lines is:

په ورته ډول ، د ځانګړتیا پیل کول د پورته مساوات په کارولو سره له مساوات څخه محاسبه کیدی شي:

د مثال په توګه ، د PCB ضخامت فرض کړئ 0.0625in. (h = 62.5 ملی) ، 1 اونس د مسو لیپت لیډ (t = 1.35 ملی) ، 0.01in. (w = 10 ملی) ، او د FR-4 بورډ. په یاد ولرئ چې د FR-4 typically R عموما 4.35 فرهاد/متر (F/m) دی ، مګر له 4.0F/m څخه 4.7F/m پورې کیدی شي. پدې مثال کې محاسبه شوي ایګین ویلیو Z0 = 134 ω ، C0 = 1.04pF/in ، L0 = 18.7nH/in دي.

د AN ISM-RF ډیزاین لپاره ، په بورډ کې د لیډونو 12.7mm (0.5in) ترتیب اوږدوالی کولی شي نږدې 0.5pF او 9.3nH پرازیتي پیرامیټرې تولید کړي (شکل 8). پدې کچه د پرازیتي پیرامیټرو اغیز د ترلاسه کونکي په انعکاس چینل کې (د LC محصول توپیر) ممکن د 315MHz٪ 2 or یا 433.92mhz ± 3.5 var توپیر لامل شي. د اضافي ظرفیت او انډکشن له امله چې د لیډ د پرازیتي اغیزې له امله رامینځته کیږي ، د 315MHz اوسیليشن فریکوینسي چوکۍ 312.17mhz ته رسیږي ، او د 433.92mhz oscillation فریکونسۍ چوکۍ 426.6mhz ته رسیږي.

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. د مساوات په کارولو سره د ریزونینټ سرکټ د دوسی فریکونسي محاسبه کړئ:

د پلیټ د ریزونینټ سرکټ ارزونه کې باید د کڅوړې او ترتیب پرازیتي اغیزې شاملې وي ، او د پرازیتي پیرامیټرې په ترتیب سره 7.3PF او 7.5PF دي کله چې د 315MHz ګونج فریکونسي محاسبه کیږي. په یاد ولرئ چې د LC محصول د لمپید شوي ظرفیت نمایندګي کوي.

د لنډیز لپاره ، لاندې اصول باید تعقیب شي:

لیډ د امکان تر حده لنډ وساتئ.

د امکان تر حده وسیلې ته نږدې کلیدي سرکټونه ځای په ځای کړئ.

کلیدي برخې د اصلي ترتیب پاراسیتیزم مطابق تاوان ورکول کیږي.

د ځمکې لاندې کولو او ډکولو درملنه

The grounding or power layer defines a common reference voltage that supplies power to all parts of the system through a low resistance path. پدې لاره کې د ټولو بریښنایی ساحو مساوي کول د ساتنې یو ښه میکانیزم تولیدوي.

مستقیم جریان تل د ټیټ مقاومت لارې سره تیریږي. په ورته ډول ، د لوړ فریکونسۍ اوسنی ترجیحی ډول د ټیټ مقاومت سره د لارې له لارې تیریږي. 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).

د چاپ شوي بورډونو PCB ترتیب کې د مختلف نیمګړتیاو څخه مخنیوي څرنګوالی

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. د ساتونکي تار د لیډ سره مه ګډوئ چې د بیرته راستنیدو اوسنۍ لار چمتو کولو لپاره ډیزاین شوې. دا ترتیب کولی شي کراسسټال معرفي کړي.

د چاپ شوي بورډونو PCB ترتیب کې د مختلف نیمګړتیاو څخه مخنیوي څرنګوالی

اينځر. 10. د RF سیسټم ډیزاین باید د تسمو پوښل شوي تارونو څخه مخنیوی وکړي ، په ځانګړي توګه که د مسو پوښل اړین وي.

د مسو پوښل شوې ساحه ځمکه نه ده (فلوټینګ) یا یوازې په یوه پای کې مینځل شوې ، کوم چې د دې اغیزمنتوب محدودوي. 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. په لنډه توګه ، که د مسو ټوټه کولو یوه ټوټه (د غیر سرکټ سیګنال وایرینګ) په سرکټ بورډ کې کیښودل شي ترڅو د پلیټینګ ثابت ضخامت ډاډمن شي. د مسو پوښل شوي ساحې باید مخنیوی وشي ځکه چې دا د سرکټ ډیزاین اغیزه کوي.

په نهایت کې ، ډاډ ترلاسه کړئ چې انتن ته نږدې د هرې ځمکې ساحې اغیزې په پام کې ونیسئ. هر مونوپول اینټینا به د سیسټم توازن برخې په توګه د ځمکې ساحه ، تارونه او سوري ولري ، او غیر مثالي توازن تار کول به د انتن (وړانګو ټیمپلیټ) د وړانګو موثریت او لار اغیزه وکړي. Therefore, the ground area should not be placed directly below the monopole PCB lead antenna.

د لنډیز لپاره ، لاندې اصول باید تعقیب شي:

تر ممکنه حده پورې دوامداره او ټیټ مقاومت لرونکي ځمکني زونونه چمتو کړئ.

د ډکولو لاین دواړه پایونه په ځمکه ایښودل شوي ، او د سوري له لارې صف د امکان تر حده کارول کیږي.

د RF سرکټ ته نږدې د مسو پوښل شوی تار مه وهئ ، د RF سرکټ شاوخوا مسو مه مه کوئ.

که چیرې د سرکټ بورډ ډیری پرتونه ولري ، نو غوره دا ده چې د سوري له لارې ځمکه کیښودل شي کله چې د سیګنال کیبل له یو اړخ څخه بل ته تیریږي.

ډیر کرسټال ظرفیت

پرازیتي ظرفیت به د کریسټال فریکوینسي د هدف ارزښت 9 څخه انحراف لامل شي. له همدې امله ، ځینې عمومي لارښوونې باید تعقیب شي ترڅو د کرسټال پنونو ، پیډونو ، تارونو ، یا RF وسیلو سره ارتباطاتو ضعیف ظرفیت کم کړي.

لاندې اصول باید تعقیب شي:

د کرسټال او RF وسیلې ترمینځ اړیکې باید د امکان تر حده لنډې وي.

د امکان تر حده له یو بل څخه تارونه وساتئ.

که د شونټ پرازیتي ظرفیت خورا لوی وي ، د کرسټال لاندې د ځمکې لاندې ساحه لرې کړئ.

د پلانر وائرینګ انډکشن

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. له همدې امله ، ډیری کنټرول شوي او لوړ Q inductors د زخم ډول دي. دوهم ، تاسو کولی شئ ملټي لییر سیرامیک انډکټر غوره کړئ ، د ملټي لیپ چپ کیپسیټر تولید کونکي هم دا محصول چمتو کوي. په هرصورت ، ځینې ډیزاینران سرپل انډکټرې غوره کوي کله چې دوی ولري. The standard formula for calculating planar spiral inductance is usually Wheeler’s formula 10:

چیرته ، a د کنډک اوسط شعاع ده ، په انچو کې؛ N د ګرځیدو شمیره ده C د کویل کور (روټر-رنر) عرض دی ، په انچونو کې. کله چې کنډل c “0.2a 11 ، د محاسبې میتود درستیت په 5 within کې وي.

د مربع ، مسدس ، یا نورو شکلونو واحد پرت سرپل انډکټرې کارول کیدی شي. په مربوط سرکټ ویفرونو کې د پلانر انډکشنانس ماډل ته خورا ښه نږدې کیدلی شي. د دې هدف ترلاسه کولو لپاره ، د ویلر معیاري فورمول د کوچني اندازې او مربع اندازې 12 لپاره مناسب د الوتکې داخلې اټکل میتود ترلاسه کولو لپاره تعدیل شوی.

چیرې ، ρ د ډکولو تناسب دی: N د ګرځیدو شمیر دی ، او dAVG اوسط قطر دی:. د مربع هیلیکونو لپاره ، K1 = 2.36 ، K2 = 2.75.

د دې ډول انډکټر کارولو څخه مخنیوي لپاره ډیری دلیلونه شتون لري ، کوم چې معمولا د ځای محدودیتونو له امله د داخلي ارزښتونو کمیدو لامل کیږي. The main reasons for avoiding planar inductors are limited geometry and poor control of critical dimensions, which makes it impossible to predict inductor values. سربیره پردې ، د داخلي کیدو ریښتیني ارزښتونه د PCB تولید پرمهال کنټرول کول مشکل دي ، او انډکټینس د سرکټ نورو برخو ته څو غږونه هم اړوي.