ในการออกแบบ PCB บอร์ดด้วยความถี่ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจะมีสัญญาณรบกวนมากซึ่งแตกต่างจากบอร์ด PCB ความถี่ต่ำ นอกจากนี้ ด้วยความถี่ที่เพิ่มขึ้นและความขัดแย้งระหว่างการย่อขนาดและต้นทุนต่ำของบอร์ด PCB การรบกวนเหล่านี้จะซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ

ในการวิจัยจริง เราสามารถสรุปได้ว่าสัญญาณรบกวนมีสี่ด้านเป็นหลัก ได้แก่ สัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟ การรบกวนของสายส่ง การมีเพศสัมพันธ์ และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ด้วยการวิเคราะห์ปัญหาการรบกวนต่างๆ ของ PCB ความถี่สูงและรวมกับการฝึกฝนในการทำงาน จึงมีการนำเสนอวิธีแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพ

ประการแรกเสียงของแหล่งจ่ายไฟ

ในวงจรความถี่สูง เสียงของแหล่งจ่ายไฟมีอิทธิพลชัดเจนต่อสัญญาณความถี่สูง Therefore, the first requirement of the power supply is low noise. พื้นสะอาดมีความสำคัญพอๆ กับไฟฟ้าที่สะอาด ทำไม? ลักษณะพลังงานแสดงในรูปที่ 1 เห็นได้ชัดว่าแหล่งจ่ายไฟมีอิมพีแดนซ์ที่แน่นอนและอิมพีแดนซ์จะกระจายไปทั่วแหล่งจ่ายไฟทั้งหมด ดังนั้นเสียงจะถูกเพิ่มเข้าไปในแหล่งจ่ายไฟ

Then we should minimize the impedance of the power supply, so it is best to have a dedicated power supply layer and grounding layer. ในการออกแบบวงจร hf จะดีกว่ามากที่จะออกแบบแหล่งจ่ายไฟเป็นเลเยอร์มากกว่าเป็นบัส ในกรณีส่วนใหญ่ เพื่อให้ลูปสามารถติดตามเส้นทางของอิมพีแดนซ์น้อยที่สุดได้เสมอ

นอกจากนี้ บอร์ดจ่ายไฟจะต้องจัดให้มีลูปสัญญาณสำหรับสัญญาณที่สร้างและรับสัญญาณทั้งหมดบน PCB ซึ่งจะช่วยลดการวนซ้ำของสัญญาณและลดสัญญาณรบกวน ซึ่งมักถูกมองข้ามโดยผู้ออกแบบวงจรความถี่ต่ำ

การออกแบบ PCB ความถี่สูงทำให้เกิดการรบกวนโซลูชั่น

รูปที่ 1: ลักษณะพลังงาน

มีหลายวิธีในการกำจัดสัญญาณรบกวนของพลังงานในการออกแบบ PCB:

1. Note the through hole on the board: the through hole requires etched openings on the power supply layer to leave space for the through hole to pass through. หากการเปิดชั้นของพาวเวอร์ซัพพลายมีขนาดใหญ่เกินไป จะต้องส่งผลกระทบต่อลูปสัญญาณ สัญญาณจะถูกบังคับให้เลี่ยงผ่าน พื้นที่ลูปเพิ่มขึ้น และเสียงเพิ่มขึ้น At the same time, if several signal lines are clustered near the opening and share the same loop, the common impedance will cause crosstalk. ดูรูป 2

การออกแบบ PCB ความถี่สูงทำให้เกิดการรบกวนโซลูชั่น

รูปที่ 2: เส้นทางทั่วไปของลูปสัญญาณบายพาส

2. The connection line needs enough ground: each signal needs to have its own proprietary signal loop, and the loop area of the signal and loop is as small as possible, that is to say, the signal and loop should be parallel.

3. แยกแหล่งจ่ายไฟอนาล็อกและดิจิตอล: อุปกรณ์ความถี่สูงโดยทั่วไปมีความไวต่อสัญญาณรบกวนดิจิตอลมาก ดังนั้นควรแยกทั้งสองเชื่อมต่อกันที่ทางเข้าของแหล่งจ่ายไฟ หากสัญญาณข้ามส่วนแอนะล็อกและดิจิทัลของ คำสามารถวางในสัญญาณข้ามลูปเพื่อลดพื้นที่ลูป สแปนดิจิตอล-แอนะล็อกที่ใช้สำหรับลูปสัญญาณแสดงในรูปที่ 3

การออกแบบ PCB ความถี่สูงทำให้เกิดการรบกวนโซลูชั่น

Figure 3: Digital – analog span for signal loop

4. Avoid overlapping of separate power supplies between layers: otherwise circuit noise can easily pass through parasitic capacitive coupling.

5. Isolate sensitive components: such as PLL.

6. Place the power cable: To reduce the signal loop, place the power cable on the edge of the signal line to reduce the noise, as shown in Figure 4.

การออกแบบ PCB ความถี่สูงทำให้เกิดการรบกวนโซลูชั่น

รูปที่ 4: วางสายไฟไว้ข้างสายสัญญาณ

Two, transmission line

มีเพียงสองสายส่งที่เป็นไปได้ใน PCB:

ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดของสายริบบิ้นและเส้นไมโครเวฟคือการสะท้อน การสะท้อนกลับจะทำให้เกิดปัญหามากมาย ตัวอย่างเช่น สัญญาณโหลดจะเป็นการซ้อนทับของสัญญาณเดิมและสัญญาณสะท้อน ซึ่งจะเพิ่มความยากในการวิเคราะห์สัญญาณ การสะท้อนกลับทำให้เกิดการสูญเสียการย้อนกลับ (การสูญเสียการย้อนกลับ) ซึ่งส่งผลต่อสัญญาณไม่ดีพอ ๆ กับการรบกวนสัญญาณรบกวนเพิ่มเติม:

1. สัญญาณที่สะท้อนกลับไปยังแหล่งสัญญาณจะเพิ่มเสียงรบกวนของระบบ ทำให้ผู้รับแยกแยะสัญญาณรบกวนจากสัญญาณได้ยากขึ้น

2. Any reflected signal will basically degrade the signal quality and change the shape of the input signal. Generally speaking, the solution is mainly impedance matching (for example, the impedance of the interconnection should very match the impedance of the system), but sometimes the calculation of impedance is more troublesome, you can refer to some transmission line impedance calculation software. The methods of eliminating transmission line interference in PCB design are as follows:

(ก) หลีกเลี่ยงความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ของสายส่ง จุดของอิมพีแดนซ์ที่ไม่ต่อเนื่องเป็นจุดของการกลายพันธุ์ของสายส่ง เช่น มุมตรง รูทะลุ ฯลฯ ควรหลีกเลี่ยงให้มากที่สุด วิธีการ: เพื่อหลีกเลี่ยงมุมตรงของเส้น ให้ไกลที่สุดเท่าที่จะทำได้เพื่อไป 45 องศามุมหรือส่วนโค้ง มุมขนาดใหญ่ก็สามารถเป็นได้ ใช้รูทะลุให้น้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้ เนื่องจากรูทะลุแต่ละรูมีความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ ดังแสดงในรูปที่ 5; Signals from the outer layer avoid passing through the inner layer and vice versa.

การออกแบบ PCB ความถี่สูงทำให้เกิดการรบกวนโซลูชั่น

Figure 5: Method for eliminating transmission line interference

(b) Do not use stake lines. เพราะเสาเข็มใด ๆ เป็นแหล่งของเสียงรบกวน ถ้าเสาเข็มสั้น สามารถต่อปลายสายส่งได้ หากแนวเสาเข็มยาวก็จะใช้สายส่งหลักเป็นแหล่งกำเนิดและทำให้เกิดการสะท้อนที่ดีซึ่งจะทำให้ปัญหายุ่งยากขึ้น ขอแนะนำว่าอย่าใช้มัน

ประการที่สามการมีเพศสัมพันธ์

1. Common impedance coupling: it is a common coupling channel, that is, the interference source and the interfered device often share some conductors (such as loop power supply, bus, and common grounding), as shown in Figure 6.

การออกแบบ PCB ความถี่สูงทำให้เกิดการรบกวนโซลูชั่น

รูปที่ 6: คัปปลิ้งอิมพีแดนซ์ทั่วไป

In this channel, the drop back of the Ic causes a common-mode voltage in the series current loop, affecting the receiver.

2. The field common-mode coupling will cause the radiation source to cause common-mode voltages in the loop formed by the interfered circuit and on the common reference surface.

If the magnetic field is dominant, the value of the common-mode voltage generated in the series ground circuit is Vcm=-(△B/△t)* area (where △B= change in magnetic induction intensity). If it is an electromagnetic field, when its electric field value is known, its induced voltage: Vcm=(L* H *F*E)/48, the formula is suitable for L(m)=150MHz, beyond this limit, the calculation of the maximum induced voltage can be simplified as: Vcm=2* H *E.

3. Differential mode field coupling: refers to the direct radiation by wire pair or circuit board on the lead and its loop induction received. If you get as close to the two wires as possible. ข้อต่อนี้ลดลงอย่างมาก จึงสามารถบิดสายทั้งสองเข้าด้วยกันเพื่อลดการรบกวน

4. Inter-line coupling (crosstalk) can cause unwanted coupling between any line or parallel circuit, which will greatly damage the performance of the system. Its type can be divided into capacitive crosstalk and perceptual crosstalk.

The former is because the parasitic capacitance between the lines makes the noise on the noise source coupled to the noise receiving line through current injection. The latter can be thought of as the coupling of signals between the primary stages of an unwanted parasitic transformer. ขนาดของครอสทอล์คอุปนัยขึ้นอยู่กับความใกล้ชิดของลูปทั้งสอง ขนาดของพื้นที่ลูป และอิมพีแดนซ์ของโหลดที่ได้รับผลกระทบ

5. การต่อสายไฟ: สายไฟ ac หรือ DC ถูกรบกวนจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

ถ่ายโอนไปยังอุปกรณ์อื่น

There are several ways to eliminate crosstalk in PCB design:

1. ครอสทอล์คทั้งสองประเภทเพิ่มขึ้นตามอิมพีแดนซ์โหลดที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นสายสัญญาณที่ไวต่อสัญญาณรบกวนที่เกิดจากครอสทอล์คจึงควรยุติลงอย่างเหมาะสม

2. เพิ่มระยะห่างระหว่างสายสัญญาณให้มากที่สุดเพื่อลด crosstalk แบบ capacitive อย่างมีประสิทธิภาพ การจัดการกราวด์ ระยะห่างระหว่างสายไฟ (เช่น สายสัญญาณแอ็คทีฟและสายกราวด์สำหรับการแยก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานะการกระโดดระหว่างสายสัญญาณและกราวด์ไปยังช่วง) และลดการเหนี่ยวนำของตะกั่ว

3. Capacitive crosstalk can also be effectively reduced by inserting a ground wire between adjacent signal lines, which must be connected to the formation every quarter of a wavelength.

4. สำหรับครอสทอล์คที่สมเหตุสมผล พื้นที่ลูปควรถูกย่อให้เล็กสุด และถ้าอนุญาต ลูปควรถูกกำจัด

5. Avoid signal sharing loops.

6. ให้ความสนใจกับความสมบูรณ์ของสัญญาณ: ผู้ออกแบบควรใช้จุดสิ้นสุดในกระบวนการเชื่อมเพื่อแก้ปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณ นักออกแบบที่ใช้วิธีการนี้สามารถมุ่งเน้นไปที่ความยาวของไมโครสตริปของฟอยล์ทองแดงที่หุ้มฉนวน เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ดีของความสมบูรณ์ของสัญญาณ For systems with dense connectors in the communication structure, the designer can use a PCB as the terminal.

Four, electromagnetic interference

As the speed increases, EMI becomes more and more serious and presents in many aspects (such as electromagnetic interference at interconnects). High-speed devices are particularly sensitive to this and will receive high-speed spurious signals, while low-speed devices will ignore such spurious signals.

มีหลายวิธีในการกำจัดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าในการออกแบบ PCB:

1. ลดลูป: แต่ละลูปเทียบเท่ากับเสาอากาศ ดังนั้นเราจำเป็นต้องลดจำนวนลูป พื้นที่ของลูป และเอฟเฟกต์เสาอากาศของลูปให้น้อยที่สุด Make sure the signal has only one loop path at any two points, avoid artificial loops and use the power layer whenever possible.

2. Filtering: Filtering can be used to reduce EMI on both the power line and the signal line. There are three methods: decoupling capacitor, EMI filter and magnetic element. EMI filter is shown in Figure 7.

การออกแบบ PCB ความถี่สูงทำให้เกิดการรบกวนโซลูชั่น

รูปที่ 7: ประเภทตัวกรอง

3. The shielding. เนื่องด้วยความยาวของปัญหาบวกกับบทความป้องกันการสนทนาจำนวนมาก จึงไม่มีการแนะนำเฉพาะอีกต่อไป

4. Reduce the speed of high-frequency devices.

5. เพิ่มค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของบอร์ด PCB ซึ่งสามารถป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนความถี่สูงเช่นสายส่งใกล้บอร์ดแผ่ออกไปด้านนอก Increase the thickness of PCB board, minimize the thickness of microstrip line, can prevent electromagnetic line spillover, can also prevent radiation.

At this point, we can conclude that in hf PCB design, we should follow the following principles:

1. Unification and stability of power supply and ground.

2. Carefully considered wiring and proper terminations can eliminate reflections.

3. การพิจารณาการเดินสายอย่างรอบคอบและการสิ้นสุดที่เหมาะสมสามารถลด crosstalk แบบ capacitive และ inductive

4. จำเป็นต้องลดเสียงรบกวนเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของ EMC