Ҳолатҳои сершумори истифодаи маҳсулоти басомадҳои саноатӣ, илмӣ ва тиббӣ (ISM-RF) нишон медиҳанд, ки Шӯрои ноҳиявии чопшуда тарҳбандии ин маҳсулот ба камбудиҳои гуногун тобовар аст.Одамон аксар вақт мефаҳманд, ки ҳамон як IC дар ду тахтаи схемаи гуногун насб карда мешавад, нишондиҳандаҳои кор ба таври назаррас фарқ хоҳанд кард. 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. Дар ин коғаз, диэлектрики fr-4, ғафсии 0.0625ин PCB қабати дукарата ҳамчун намуна, заминаи тахтаи ноҳиявӣ. Operating in different frequency bands between 315MHz and 915MHz, Tx and Rx power between -120dbm and +13dBm.

Самти индуктивӣ

Вақте ки ду индуктор (ё ҳатто ду хатти PCB) ба ҳам наздиканд, индуктиватсияи мутақобила ба амал меояд. 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:

Дар куҷо, YB шиддати хатоест, ки ба схемаи B ворид карда шудааст, IA ҷараёни 1 аст, ки дар схемаи А амал мекунад. LM is very sensitive to circuit spacing, inductance loop area (i.e., magnetic flux), and loop direction. 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. For this purpose, as perpendicular as possible to each other, please refer to the circuit layout of the low power FSK superheterodyne Receiver Evaluation (EV) board (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.

Тасвири 2. Ду тарҳбандии мухталифи PCB нишон дода шудаанд, ки яке аз онҳо дорои унсурҳо дар самти нодуруст ҷойгир аст (L1 ва L3), дар ҳоле ки дигараш бештар мувофиқ аст.

To sum up, the following principles should be followed:

Фосилаи индуктивӣ бояд то ҳадди имкон бошад.

Индукторҳо дар кунҷҳои рост ҷойгир карда мешаванд, то ки байни индукторҳо ба ҳамдигар зарба зананд.

Муносибатро роҳбарӣ кунед

Тавре ки самти индукторҳо ба пайвастшавии магнитӣ таъсир мерасонад, пайвастшавӣ низ таъсир мерасонад, агар сымдар ба ҳамдигар хеле наздик бошанд. Ин гуна мушкилоти тарҳ инчунин он чизеро ба вуҷуд меорад, ки эҳсоси мутақобила номида мешавад. Яке аз мушкилоти ташвишовари занҷираи RF ин пайваст кардани қисмҳои ҳассоси система ба монанди шабакаи мувофиқкунии вуруд, канали резонанси қабулкунанда, шабакаи мувофиқсозии мавҷгири интиқолдиҳанда ва ғайра мебошад.

The return current path should be as close to the main current path as possible to minimize the radiation magnetic field. This arrangement helps to reduce the current loop area. Роҳи идеалии муқовимати паст барои ҷараёни бозгашт одатан минтақаи зеризаминӣ дар зери сӯрох аст – ба таври муассир минтақаи ҳалқаро ба минтақае маҳдуд мекунад, ки ғафсии диэлектрик ба дарозии сим афзояд. Аммо, агар минтақаи замин тақсим шавад, майдони ҳалқа зиёд мешавад (Расми 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.

Тасвири 3. Заминсозии пурраи масоҳати калон ба беҳтар шудани кори система кумак мекунад

Барои индуктори воқеӣ, самти сурб инчунин ба пайвастшавии майдони магнитӣ таъсири назаррас дорад. Агар ноқилҳои занҷири ҳассос бояд ба ҳам наздик бошанд, беҳтар аст, ки ноқилҳоро ба таври амудӣ ҳамвор кунед, то пайвастшавӣ кам шавад (Расми 4). If vertical alignment is not possible, consider using a guard line. For protection wire design, please refer to the grounding and filling treatment section below.

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.

Sensitive leads should be arranged vertically.

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

Grounding via

Мушкилоти асосӣ дар тарҳбандии схемаи RF одатан импедансҳои хоси опоптималии схема, аз ҷумла ҷузъҳои схема ва пайвастҳои байниҳамдигарии онҳо мебошад. Сурб бо қабати тунуки мисӣ ба сими индуктивӣ баробар аст ва бо дигар сымҳо дар наздикӣ як иқтидори тақсимшударо ташкил медиҳад. Сурб инчунин ҳангоми аз сӯрох гузаштан хосиятҳои индуктивӣ ва конденсаториро нишон медиҳад.

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. Таъсири конденсатсияи паразитӣ умуман ночиз аст ва одатан танҳо боиси тағирёбии канори сигналҳои рақамии баландсуръат мегардад (ки дар ин мақола муҳокима нашудааст).

Бузургтарин эффекти сӯрохи индуктивии паразитӣ мебошад, ки бо ҳолати пайвасти мувофиқ алоқаманд аст. 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 – диаметри чоҳ, бо дюйм 2.

How to avoid various defects in PCB layout of printed boards

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. Конденсаторҳои идеалии гардиш даврзании кӯтоҳи басомади баландро дар байни минтақаи таъминот ва ташаккул таъмин мекунанд, аммо сӯрохиҳои идеалӣ наметавонанд ба роҳи ҳассосияти пасти байни шакл ва минтақаи таъминот таъсир расонанд. A typical PCB through hole (d = 10 mil, h = 62.5 mil) is approximately equivalent to a 1.34nH inductor. Given the specific operating frequency of the ISM-RF product, the through-holes can adversely affect sensitive circuits such as resonant channel circuits, filters, and matching networks.

Мушкилоти дигар ба миён меоянд, агар схемаҳои ҳассос сӯрохиро тақсим кунанд, масалан ду дастаи шабакаи навъи π. Масалан, бо гузоштани сӯрохи идеалие, ки ба индуктивии лӯндашуда баробар аст, схемаи эквиваленти он аз тарҳи аслии схема хеле фарқ мекунад (расми 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

Расми 6. Архитектураҳои идеалӣ ва ғайри идеалӣ, дар схема “роҳҳои потенсиалӣ” мавҷуданд.

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.

Дарозии пешқадам

Маълумоти маҳсулоти Maxim ISM-RF аксар вақт истифодаи кӯтоҳтарин вуруд ва баромади басомади баландро барои кам кардани талафот ва радиатсия тавсия медиҳад. Аз тарафи дигар, чунин талафот одатан аз ҳисоби параметрҳои ғайри идеалии паразитӣ ба вуҷуд меоянд, аз ин рӯ ҳам индуктивии паразитӣ ва ҳам конденсатор ба тарҳбандии схема таъсир мерасонанд ва бо истифода аз кӯтоҳи кӯтоҳтарин имкон медиҳад, ки параметрҳои паразитӣ коҳиш дода шаванд. 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. For a LAN/ mixer circuit with a 20nH inductor and a 3pF capacitor, the effective component value will be greatly affected when the circuit and component layout are very compact.

Ipc-d-317a4 in ‘Institute for Printed Circuits’ provides an industry standard equation for estimating various impedance parameters of microstrip PCB. Ин ҳуҷҷат соли 2003 бо IPC-2251 5 иваз карда шуд, ки барои ҳисобҳои гуногуни PCB усули дақиқтари ҳисобро таъмин мекунад. 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:

Дар формула, εr – доимии диэлектрикии диэлектрик, h – баландии сурб аз қишр, ​​W – паҳнои сурб ва Т – ғафсии сурб (расми 7). Вақте ки w/h аз 0.1 то 2.0 аст ва εr аз 1 то 15 аст, натиҷаҳои ҳисобкунии ин формула хеле дақиқ мебошанд.

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. Дар ин мисол, мо конденсатор ва индуктивсияи гумшударо муҳокима мекунем. The standard equation of characteristic capacitance for microstrip lines is:

Ба ҳамин монанд, индуктиватсияи хосро аз муодила бо истифода аз муодилаи боло ҳисоб кардан мумкин аст:

Масалан, тахмин кунед, ки ғафсии PCB 0.0625in аст. (h = 62.5 мил), 1 унсия сурб бо мис пӯшонидашуда (t = 1.35 мил), 0.01ин. (w = 10 мил), ва тахтаи FR-4. Дар хотир доред, ки ε R -и FR-4 одатан 4.35 фарад/м (F/m) аст, аммо метавонад аз 4.0F/m то 4.7F/m бошад. Арзишҳои аслии дар ин мисол ҳисобшуда Z0 = 134 ω, C0 = 1.04pF/in, L0 = 18.7nH/in мебошанд.

Барои тарҳи AN ISM-RF, дарозии тарҳбандии 12.7мм (0.5ин) дар тахта метавонад параметрҳои паразитии тақрибан 0.5pF ва 9.3nH истеҳсол кунад (Расми 8). Таъсири параметрҳои паразитӣ дар ин сатҳ ба канали резонанси қабулкунанда (варианти маҳсулоти LC) метавонад боиси 315MHz ± 2% ё 433.92mhz ± 3.5% вариант гардад. Аз сабаби иқтидори иловагӣ ва индуктивӣ, ки аз таъсири паразитии сурб ба вуҷуд омадааст, қуллаи басомади ларзишҳои 315 МГс ба 312.17 МГс ва қуллаи басомади 433.92 МГс 426.6 МГс мерасад.

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. Бо истифода аз муодила басомади тербелишии гардиши резонансиро ҳисоб кунед:

Арзёбии схемаи резонанси табақ бояд таъсири паразитии бастаҳо ва тарҳро дар бар гирад ва параметрҳои паразитӣ мутаносибан 7.3PF ва 7.5PF ҳангоми ҳисоб кардани басомади резонанси 315 МГс мебошанд. Аҳамият диҳед, ки маҳсулоти LC зарфияти ҷамъшударо ифода мекунад.

Барои ҷамъбаст кардан, принсипҳои зерин бояд риоя карда шаванд:

Пешсафиро то ҳадди имкон кӯтоҳ нигоҳ доред.

Микросхемаҳои калидиро то ҳадди имкон ба дастгоҳ наздик кунед.

Key components are compensated according to actual layout parasitism.

Табобати заминсозӣ ва пуркунӣ

The grounding or power layer defines a common reference voltage that supplies power to all parts of the system through a low resistance path. Ҳамин тавр баробар кардани ҳамаи майдонҳои электрикӣ механизми хуби муҳофизаткунанда ба вуҷуд меорад.

Ҷараёни мустақим ҳамеша бо роҳи муқовимати паст ҳаракат мекунад. Ба ин монанд, ҷараёни басомади баланд тариқи тариқи муқовимати пасттарин мегузарад. 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).

How to avoid various defects in PCB layout of printed boards

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. Сими муҳофизатиро бо сими бо мақсади таъмини роҳи бозгашти ҷараён омехта накунед. Ин тартиб метавонад crosstalk -ро муаррифӣ кунад.

How to avoid various defects in PCB layout of printed boards

АНҶИР. 10. Тарҳи системаи РФ бояд аз симҳои шинокунандаи мисӣ канорагирӣ кунад, хусусан агар ғилофаки мисӣ лозим бошад.

The copper-clad area is not grounded (floating) or grounded only at one end, which restricts its effectiveness. 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. Хулоса, агар дар тахтаи ноҳиявӣ як пораи пӯшиши мисӣ (сими сигнали ғайридавлатӣ) гузошта шавад, то ғафсии пайдарпайи кафш таъмин карда шавад. Минтақаҳои бо мис пӯшонидашуда бояд пешгирӣ карда шаванд, зеро онҳо ба тарҳи схема таъсир мерасонанд.

Ниҳоят, боварӣ ҳосил кунед, ки таъсири ҳама гуна заминҳои назди антенна ба назар гирифта шавад. Ҳар як мавҷгири монополӣ дорои як қисми мувозинати система минтақаи заминӣ, ноқилҳо ва сӯрохиҳо хоҳад буд ва ноқилҳои мувозинати ғайри идеалӣ ба самаранокии радиатсия ва самти мавҷгир таъсир мерасонанд (қолаби радиатсионӣ). Therefore, the ground area should not be placed directly below the monopole PCB lead antenna.

To sum up, the following principles should be followed:

То ҳадди имкон минтақаҳои зеризаминии пайваста ва муқовимати пастро таъмин кунед.

Ҳарду нӯги хати пуркунӣ ба замин пайваст карда шудаанд ва то ҳадди имкон массиви сӯрохи истифода мешавад.

Дар наздикии занҷираи RF симҳои пӯшонидашудаи мисро шино накунед, дар атрофи занҷири RF мис нагузоред.

Агар тахтаи ноҳиявӣ қабатҳои сершумор дошта бошад, беҳтараш ҳангоми сими сигнал аз як тараф ба сӯи дигар гузаштани замин тавассути сӯрох гузаред.

Иқтидори аз ҳад зиёди кристалл

Parasitic capacitance will cause the crystal frequency to deviate from the target value 9. Аз ин рӯ, барои коҳиш додани иқтидори гумшудаи пинҳо, болиштҳо, симҳо ё пайвастшавӣ ба дастгоҳҳои RF бояд баъзе дастурҳои умумӣ риоя карда шаванд.

The following principles should be followed:

Алоқаи байни кристалл ва дастгоҳи RF бояд то ҳадди имкон кӯтоҳ бошад.

Keep the wiring from each other as far as possible.

Агар иқтидори паразитии шунт аз ҳад зиёд бошад, минтақаи заминсозиро дар зери булӯр хориҷ кунед.

Planar wiring inductance

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. Therefore, most controlled and high Q inductors are wound type. Сониян, шумо метавонед индуктори керамикии бисёрқабатиро интихоб кунед, истеҳсолкунандагони конденсаторҳои чипҳои бисёрқабата низ ин маҳсулотро таъмин мекунанд. Nevertheless, some designers choose spiral inductors when they have to. The standard formula for calculating planar spiral inductance is usually Wheeler’s formula 10:

Дар куҷо, a радиуси миёнаи катон бо дюйм аст; N – шумораи гардишҳо; C is the width of the coil core (router-rinner), in inches. When the coil c “0.2a 11, the accuracy of the calculation method is within 5%.

Индукторҳои спиралии якқабатаи чоркунҷа, шашкунҷа ва дигар шаклҳоро истифода бурдан мумкин аст. Very good approximations can be found to model planar inductance on integrated circuit wafers. In order to achieve this goal, the standard Wheeler formula is modified to obtain a plane inductance estimation method suitable for small size and square size 12.

Where, ρ is the filling ratio:; N шумораи гардишҳо ва dAVG диаметри миёна аст :. For square helices, K1 = 2.36, K2 = 2.75.

There are many reasons to avoid using this type of inductor, which usually result in reduced inductance values due to space limitations. The main reasons for avoiding planar inductors are limited geometry and poor control of critical dimensions, which makes it impossible to predict inductor values. Илова бар ин, назорат кардани арзишҳои воқеии индуктивӣ ҳангоми истеҳсоли PCB душвор аст ва индуктивӣ инчунин садоро ба қисмҳои дигари схема пайваст мекунад.