ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการสื่อสารวิทยุแบบใช้มือถือ แผงวงจรความถี่สูง เทคโนโลยีมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นเรื่อย ๆ เช่น: เพจเจอร์ไร้สาย, โทรศัพท์มือถือ, พีดีเอไร้สาย ฯลฯ ประสิทธิภาพของวงจรความถี่วิทยุส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ทั้งหมด ลักษณะเฉพาะที่ใหญ่ที่สุดอย่างหนึ่งของผลิตภัณฑ์แบบใช้มือถือเหล่านี้คือการย่อขนาด และการย่อขนาดหมายความว่าความหนาแน่นของส่วนประกอบนั้นสูงมาก ซึ่งทำให้ส่วนประกอบต่างๆ (รวมถึง SMD, SMC, ชิปเปล่า ฯลฯ) รบกวนซึ่งกันและกันโดดเด่นมาก หากสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ได้รับการจัดการอย่างถูกต้อง ระบบวงจรทั้งหมดอาจทำงานไม่ถูกต้อง ดังนั้นวิธีการป้องกันและปราบปรามการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าและปรับปรุงความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าจึงกลายเป็นหัวข้อที่สำคัญมากในการออกแบบ PCB วงจร RF วงจรเดียวกัน โครงสร้างการออกแบบ PCB ที่แตกต่างกัน ดัชนีประสิทธิภาพจะแตกต่างกันอย่างมาก บทความนี้จะกล่าวถึงวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพของวงจรให้สูงสุดเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อใช้ซอฟต์แวร์ Protel99 SE เพื่อออกแบบ PCB วงจร RF ของผลิตภัณฑ์ปาล์ม

1. การเลือกจาน

พื้นผิวของแผงวงจรพิมพ์ประกอบด้วยประเภทอินทรีย์และอนินทรีย์ คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของพื้นผิวคือค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ε R ปัจจัยการกระจาย (หรือการสูญเสียอิเล็กทริก) Tan δ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน CET และการดูดซับความชื้น ε R ส่งผลต่ออิมพีแดนซ์ของวงจรและอัตราการส่งสัญญาณ สำหรับวงจรความถี่สูง ความคลาดเคลื่อนในการยอมให้มีการยอมจำนนเป็นปัจจัยแรกและมีความสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องพิจารณา และควรเลือกวัสดุพิมพ์ที่มีความทนทานต่อการยอมให้มีการยอมให้มีการแผ่รังสีต่ำ

2. ขั้นตอนการออกแบบ PCB

เนื่องจากซอฟต์แวร์ Protel99 SE แตกต่างจาก Protel 98 และซอฟต์แวร์อื่นๆ กระบวนการของการออกแบบ PCB โดยซอฟต์แวร์ Protel99 SE จึงมีการพูดคุยกันสั้นๆ

① เนื่องจาก Protel99 SE ใช้การจัดการโหมดฐานข้อมูล PROJECT ซึ่งโดยนัยใน Windows 99 ดังนั้นก่อนอื่นเราควรตั้งค่าไฟล์ฐานข้อมูลเพื่อจัดการแผนผังวงจรและเค้าโครง PCB ที่ออกแบบ

② การออกแบบแผนผังไดอะแกรม เพื่อให้เกิดการเชื่อมต่อเครือข่าย ส่วนประกอบทั้งหมดที่ใช้ต้องมีอยู่ในไลบรารีส่วนประกอบก่อนการออกแบบหลัก มิฉะนั้น ส่วนประกอบที่จำเป็นควรทำใน SCHLIB และเก็บไว้ในไฟล์ไลบรารี จากนั้น คุณเพียงแค่เรียกส่วนประกอบที่จำเป็นจากไลบรารีส่วนประกอบ และเชื่อมต่อตามแผนภาพวงจรที่ออกแบบ

③ หลังจากออกแบบแผนผังเสร็จแล้ว สามารถสร้างตารางเครือข่ายเพื่อใช้ในการออกแบบ PCB ได้

④การออกแบบ PCB A. การกำหนดรูปร่างและขนาด CB รูปร่างและขนาดของ PCB ถูกกำหนดตามตำแหน่งของ PCB ในผลิตภัณฑ์ ขนาดและรูปร่างของพื้นที่ และความร่วมมือกับส่วนอื่น ๆ วาดรูปร่างของ PCB โดยใช้คำสั่ง PLACE TRACK บน MECHANICAL LAYER B. สร้างรูตำแหน่ง ตา และจุดอ้างอิงบน PCB ตามความต้องการของ SMT ค. การผลิตส่วนประกอบ หากคุณต้องการใช้ส่วนประกอบพิเศษบางอย่างที่ไม่มีอยู่ในไลบรารีส่วนประกอบ คุณต้องสร้างส่วนประกอบก่อนการจัดวาง กระบวนการสร้างส่วนประกอบใน Protel99 SE นั้นค่อนข้างง่าย เลือกคำสั่ง “MAKE LIBRARY” ในเมนู “DESIGN” เพื่อเข้าสู่หน้าต่างการสร้าง COMPONENT จากนั้นเลือกคำสั่ง “NEW COMPONENT” ในเมนู “TOOL” เพื่อไปที่ DESIGN Components ในตอนนี้ เพียงวาด PAD ที่เกี่ยวข้องที่ตำแหน่งหนึ่งแล้วแก้ไขเป็น PAD ที่ต้องการ (รวมถึงรูปร่าง ขนาด เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน และมุมของ PAD ฯลฯ และทำเครื่องหมายชื่อพินของ PAD ที่เกี่ยวข้อง) ที่ TOP LAYER ด้วยคำสั่ง PLACE PAD และอื่นๆ ตามรูปร่างและขนาดของส่วนประกอบจริง จากนั้นใช้คำสั่ง PLACE TRACK เพื่อวาดลักษณะสูงสุดของส่วนประกอบใน TOP OVERLAYER เลือกชื่อส่วนประกอบและเก็บไว้ในไลบรารีส่วนประกอบ ง. หลังจากทำส่วนประกอบแล้ว จะต้องดำเนินการจัดวางและเดินสาย ทั้งสองส่วนนี้จะกล่าวถึงรายละเอียดด้านล่าง E. ตรวจสอบหลังจากขั้นตอนข้างต้นเสร็จสิ้น ในอีกด้านหนึ่ง ซึ่งรวมถึงการตรวจสอบหลักการของวงจร ในทางกลับกัน จำเป็นต้องตรวจสอบการจับคู่และการประกอบของกันและกัน หลักการของวงจรสามารถตรวจสอบได้ด้วยตนเองหรือโดยอัตโนมัติโดยเครือข่าย (เครือข่ายที่เกิดจากแผนผังสามารถเปรียบเทียบได้กับเครือข่ายที่เกิดจาก PCB) F. หลังจากตรวจสอบแล้ว ให้เก็บถาวรและส่งออกไฟล์ ใน Protel99 SE คุณต้องรันคำสั่ง EXPORT ในตัวเลือก FILE เพื่อบันทึก FILE ไปยังพาธที่ระบุและ FILE (คำสั่ง IMPORT คือ IMPORT a FILE ไปยัง Protel99 SE) หมายเหตุ: ในตัวเลือก Protel99 SE “FILE” “SAVE COPY AS…” หลังจากดำเนินการคำสั่งแล้ว ชื่อไฟล์ที่เลือกจะไม่ปรากฏให้เห็นใน Windows 98 ดังนั้นจึงไม่สามารถมองเห็นไฟล์ได้ใน Resource Manager ซึ่งแตกต่างจาก “SAVE AS…” ใน Protel 98 มันใช้งานไม่ได้เหมือนกันทุกประการ

3. เค้าโครงส่วนประกอบ

เนื่องจากโดยทั่วไป SMT จะใช้การเชื่อมด้วยการไหลของความร้อนจากเตาอินฟราเรดกับส่วนประกอบการเชื่อม เลย์เอาต์ของส่วนประกอบจะส่งผลต่อคุณภาพของข้อต่อบัดกรี และส่งผลต่อผลผลิตของผลิตภัณฑ์ สำหรับการออกแบบ PCB ของวงจร rf ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าต้องการให้แต่ละโมดูลวงจรไม่สร้างรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และมีความสามารถบางอย่างในการต้านทานการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นเลย์เอาต์ของส่วนประกอบจึงส่งผลโดยตรงต่อความสามารถในการรบกวนและความสามารถในการป้องกันการรบกวนของวงจรเอง ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับประสิทธิภาพของวงจรที่ออกแบบด้วย ดังนั้นในการออกแบบ PCB วงจร RF นอกจากเลย์เอาต์ของการออกแบบ PCB ธรรมดา เราควรพิจารณาวิธีลดการรบกวนระหว่างส่วนต่างๆ ของวงจร RF วิธีลดการรบกวนของวงจรเองไปยังวงจรอื่นๆ และ ความสามารถในการป้องกันการรบกวนของวงจรเอง จากประสบการณ์ ผลกระทบของวงจร RF ไม่เพียงขึ้นอยู่กับดัชนีประสิทธิภาพของแผงวงจร RF เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับการโต้ตอบกับบอร์ดประมวลผลของ CPU ในระดับสูงด้วย ดังนั้นในการออกแบบ PCB การจัดวางที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญเป็นพิเศษ

หลักการจัดวางทั่วไป: ส่วนประกอบควรจัดวางในทิศทางเดียวกันให้มากที่สุด และปรากฏการณ์การเชื่อมที่ไม่ดีสามารถลดลงหรือหลีกเลี่ยงได้โดยการเลือกทิศทางของ PCB ที่เข้าสู่ระบบละลายดีบุก จากประสบการณ์ ช่องว่างระหว่างส่วนประกอบควรมีอย่างน้อย 0.5 มม. เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของส่วนประกอบที่หลอมละลายดีบุก หากพื้นที่ของบอร์ด PCB อนุญาต ช่องว่างระหว่างส่วนประกอบควรกว้างที่สุด สำหรับแผงคู่ ด้านหนึ่งควรได้รับการออกแบบสำหรับส่วนประกอบ SMD และ SMC และอีกด้านหนึ่งเป็นส่วนประกอบแบบแยกส่วน

หมายเหตุในรูปแบบ:

* อันดับแรก ให้กำหนดตำแหน่งของส่วนประกอบอินเทอร์เฟซบน PCB กับบอร์ดหรือระบบ PCB อื่นๆ และให้ความสนใจกับการประสานงานของส่วนประกอบอินเทอร์เฟซ (เช่น การวางแนวของส่วนประกอบ ฯลฯ)

* เนื่องจากผลิตภัณฑ์แบบใช้มือถือมีปริมาณน้อย ส่วนประกอบต่างๆ จึงถูกจัดเรียงอย่างกะทัดรัด ดังนั้นสำหรับส่วนประกอบที่ใหญ่ขึ้น ต้องให้ความสำคัญในการกำหนดตำแหน่งที่เหมาะสมก่อน และพิจารณาปัญหาของการประสานงานระหว่างกัน

* โครงสร้างวงจรวิเคราะห์อย่างระมัดระวัง การประมวลผลบล็อกวงจร (เช่นวงจรขยายความถี่สูง วงจรผสม และวงจร demodulation เป็นต้น) ให้แยกสัญญาณกระแสหนักและสัญญาณกระแสไฟอ่อนออกให้มากที่สุด แยกวงจรสัญญาณดิจิตอลและสัญญาณแอนะล็อก วงจรให้สมบูรณ์ฟังก์ชั่นเดียวกันของวงจรควรจัดเรียงในช่วงที่แน่นอนซึ่งจะช่วยลดพื้นที่วงสัญญาณ; เครือข่ายการกรองของแต่ละส่วนของวงจรจะต้องเชื่อมต่ออยู่ใกล้ๆ เพื่อไม่ให้ลดเพียงการแผ่รังสีเท่านั้น แต่ยังลดความน่าจะเป็นของการรบกวนด้วยตามความสามารถในการป้องกันการรบกวนของวงจร

* จัดกลุ่มวงจรเซลล์ตามความไวต่อความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าในการใช้งาน ส่วนประกอบของวงจรที่เสี่ยงต่อการรบกวนควรหลีกเลี่ยงแหล่งสัญญาณรบกวน (เช่น การรบกวนจาก CPU บนบอร์ดประมวลผลข้อมูล)

4. การเดินสาย

หลังจากวางส่วนประกอบแล้ว การเดินสายสามารถเริ่มต้นได้ หลักการพื้นฐานของการเดินสายคือ ภายใต้เงื่อนไขของความหนาแน่นของการประกอบ ควรเลือกการออกแบบสายไฟที่มีความหนาแน่นต่ำให้มากที่สุด และการเดินสายสัญญาณควรมีความหนาและบางที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งเอื้อต่อการจับคู่อิมพีแดนซ์

สำหรับวงจร rf การออกแบบที่ไม่สมเหตุสมผลของทิศทางของสายสัญญาณ ความกว้าง และระยะห่างระหว่างบรรทัด อาจทำให้เกิดการรบกวนระหว่างสายส่งสัญญาณ นอกจากนี้ ตัวจ่ายไฟของระบบยังมีสัญญาณรบกวน ดังนั้นในการออกแบบ RF วงจร PCB จะต้องพิจารณาอย่างครอบคลุม การเดินสายที่เหมาะสม

เมื่อเดินสาย การเดินสายทั้งหมดควรอยู่ห่างจากขอบของบอร์ด PCB (ประมาณ 2 มม.) เพื่อไม่ให้เกิดอันตรายหรือมีอันตรายจากการลวดขาดระหว่างการผลิตบอร์ด PCB สายไฟควรกว้างที่สุดเพื่อลดความต้านทานของลูป ในเวลาเดียวกัน ทิศทางของสายไฟและสายดินควรสอดคล้องกับทิศทางของการส่งข้อมูลเพื่อปรับปรุงความสามารถในการป้องกันการรบกวน สายสัญญาณควรสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และควรลดจำนวนรูให้มากที่สุด ยิ่งการเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบสั้นลงเท่าใด ก็ยิ่งดีเท่านั้น เพื่อลดการกระจายของพารามิเตอร์และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างกัน สำหรับสายสัญญาณที่เข้ากันไม่ได้ควรอยู่ห่างจากกันและพยายามหลีกเลี่ยงเส้นคู่ขนานและในด้านบวกของการใช้เส้นสัญญาณแนวตั้งร่วมกันทั้งสองด้าน การเดินสายไฟที่ต้องการที่อยู่มุมควรเป็นมุม 135° ตามความเหมาะสม หลีกเลี่ยงการเลี้ยวมุมขวา

สายที่เชื่อมต่อโดยตรงกับแผ่นรองไม่ควรกว้างเกินไป และสายควรอยู่ห่างจากส่วนประกอบที่ถอดออกให้ไกลที่สุดเพื่อหลีกเลี่ยงการลัดวงจร ไม่ควรเจาะรูบนส่วนประกอบ และควรอยู่ห่างจากส่วนประกอบที่ไม่ได้เชื่อมต่อให้ไกลที่สุดเพื่อหลีกเลี่ยงการเชื่อมเสมือน การเชื่อมแบบต่อเนื่อง การลัดวงจร และปรากฏการณ์อื่นๆ ในการผลิต

ในการออกแบบ PCB ของวงจร rf การเดินสายไฟที่ถูกต้องของสายไฟและสายกราวด์มีความสำคัญเป็นพิเศษ และการออกแบบที่เหมาะสมเป็นวิธีที่สำคัญที่สุดในการเอาชนะการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า แหล่งสัญญาณรบกวนจำนวนมากบน PCB นั้นสร้างขึ้นจากแหล่งจ่ายไฟและสายกราวด์ ซึ่งสายกราวด์ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนมากที่สุด

สาเหตุหลักที่สายกราวด์ทำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้ง่ายคืออิมพีแดนซ์ของสายกราวด์ เมื่อกระแสไหลผ่านกราวด์ แรงดันไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นบนพื้นดิน ส่งผลให้เกิดกระแสวนของกราวด์ ทำให้เกิดการรบกวนลูปของกราวด์ เมื่อหลายวงจรใช้สายกราวด์ชิ้นเดียวร่วมกัน อิมพีแดนซ์คัปปลิ้งจะเกิดขึ้น ส่งผลให้เกิดสัญญาณรบกวนกราวด์ ดังนั้นเมื่อเดินสายกราวด์ของวงจร RF PCB ให้ทำ:

* ก่อนอื่น วงจรแบ่งออกเป็นบล็อก วงจร rf โดยทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นการขยายความถี่สูง ผสม demodulation การสั่นสะเทือนในท้องถิ่น และส่วนอื่น ๆ เพื่อให้มีจุดอ้างอิงทั่วไปสำหรับแต่ละวงจรโมดูลวงจรกราวด์ เพื่อให้ สามารถส่งสัญญาณระหว่างโมดูลวงจรต่างๆ จากนั้นจะสรุป ณ จุดที่ PCB วงจร RF เชื่อมต่อกับกราวด์ กล่าวคือ สรุปที่กราวด์หลัก เนื่องจากมีจุดอ้างอิงเพียงจุดเดียว จึงไม่มีการคัปปลิ้งอิมพีแดนซ์ทั่วไป ดังนั้นจึงไม่มีปัญหาการรบกวนซึ่งกันและกัน

* พื้นที่ดิจิตอลและพื้นที่แอนะล็อกเท่าที่เป็นไปได้การแยกสายกราวด์ และกราวด์ดิจิทัลและแอนะล็อกกราวด์เพื่อแยก ในที่สุดก็เชื่อมต่อกับกราวด์ของแหล่งจ่ายไฟ

* สายกราวด์ในแต่ละส่วนของวงจรควรให้ความสนใจกับหลักการกราวด์จุดเดียว ลดพื้นที่ลูปสัญญาณ และที่อยู่วงจรตัวกรองที่เกี่ยวข้องในบริเวณใกล้เคียง

* หากมีพื้นที่เพียงพอ ควรแยกแต่ละโมดูลด้วยสายกราวด์เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการต่อสัญญาณระหว่างกัน

5 ข้อสรุป

หัวใจสำคัญของการออกแบบ RF PCB อยู่ที่วิธีการลดความสามารถในการแผ่รังสีและวิธีปรับปรุงความสามารถในการป้องกันการรบกวน การจัดวางและการเดินสายที่เหมาะสมคือการรับประกันการออกแบบ RF PCB วิธีการที่อธิบายไว้ในบทความนี้มีประโยชน์ในการปรับปรุงความน่าเชื่อถือของการออกแบบ PCB วงจร RF แก้ปัญหาการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า และบรรลุวัตถุประสงค์ของความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า