Với sự phát triển của công nghệ thông tin liên lạc, bộ đàm cầm tay bảng mạch tần số cao công nghệ ngày càng được sử dụng rộng rãi, chẳng hạn như: máy nhắn tin không dây, điện thoại di động, PDA không dây, v.v., hiệu suất của mạch tần số vô tuyến ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của toàn bộ sản phẩm. Một trong những đặc điểm lớn nhất của các sản phẩm cầm tay này là thu nhỏ, và thu nhỏ nghĩa là mật độ linh kiện rất cao, điều này làm cho các thành phần (bao gồm SMD, SMC, chip trần, v.v.) giao thoa với nhau rất nổi bật. Nếu tín hiệu nhiễu điện từ không được xử lý đúng cách, toàn bộ hệ thống mạch có thể không hoạt động bình thường. Vì vậy, làm thế nào để ngăn chặn và triệt tiêu nhiễu điện từ và cải thiện khả năng tương thích điện từ đã trở thành một chủ đề rất quan trọng trong thiết kế mạch RF PCB. Cùng một mạch, cấu trúc thiết kế PCB khác nhau thì chỉ số hoạt động của nó sẽ khác nhau rất nhiều. Bài báo này thảo luận về cách tối đa hóa hiệu suất của mạch để đạt được các yêu cầu tương thích điện từ khi sử dụng phần mềm Protel99 SE để thiết kế PCB mạch rf của các sản phẩm cọ.

1. Lựa chọn tấm

Chất nền của bảng mạch in bao gồm các loại hữu cơ và vô cơ. Các tính chất quan trọng nhất của chất nền là hằng số điện môi ε R, hệ số tiêu tán (hay tổn thất điện môi) Tan δ, hệ số giãn nở nhiệt CET và độ hút ẩm. ε R ảnh hưởng đến trở kháng của mạch và tốc độ truyền tín hiệu. Đối với các mạch tần số cao, dung sai cho phép là yếu tố đầu tiên và quan trọng hơn cần xem xét, và nên chọn chất nền có dung sai cho phép thấp.

2. Quy trình thiết kế PCB

Bởi vì phần mềm Protel99 SE khác với Protel 98 và các phần mềm khác, quy trình thiết kế PCB bằng phần mềm Protel99 SE sẽ được thảo luận ngắn gọn.

① Vì Protel99 SE áp dụng chế độ quản lý cơ sở dữ liệu PROJECT, vốn có trong Windows 99, vì vậy trước tiên chúng ta nên thiết lập một tệp cơ sở dữ liệu để quản lý sơ đồ mạch và bố cục PCB được thiết kế.

② Thiết kế giản đồ. Để thực hiện kết nối mạng, tất cả các thành phần được sử dụng phải tồn tại trong thư viện thành phần trước khi thiết kế nguyên tắc; nếu không, các thành phần bắt buộc phải được tạo trong SCHLIB và được lưu trữ trong tệp thư viện. Sau đó, bạn chỉ cần gọi các thành phần cần thiết từ thư viện linh kiện và kết nối chúng theo sơ đồ mạch đã thiết kế.

③ Sau khi thiết kế sơ đồ hoàn thành, một bảng mạng có thể được hình thành để sử dụng trong thiết kế PCB.

④PCB thiết kế. A. Xác định hình dạng và kích thước CB. Hình dạng và kích thước của PCB được xác định theo vị trí của PCB trong sản phẩm, kích thước và hình dạng của không gian và sự hợp tác với các bộ phận khác. Vẽ hình dạng của PCB bằng lệnh PLACE TRACK trên MECHANICAL LAYER. B. Tạo lỗ định vị, mắt và điểm tham chiếu trên PCB theo yêu cầu của SMT. C. Sản xuất linh kiện. Nếu bạn cần sử dụng một số thành phần đặc biệt không tồn tại trong thư viện thành phần, bạn cần tạo các thành phần trước khi bố trí. Quá trình chế tạo các thành phần trong Protel99 SE tương đối đơn giản. Chọn lệnh “MAKE LIBRARY” trong menu “DESIGN” để vào cửa sổ tạo COMPONENT, sau đó chọn lệnh “NEW COMPONENT” trong menu “TOOL” để DESIGN các thành phần. Tại thời điểm này, chỉ cần vẽ PAD tương ứng tại một vị trí nhất định và chỉnh sửa nó thành PAD yêu cầu (bao gồm hình dạng, kích thước, đường kính trong và Góc của PAD, v.v. và đánh dấu tên pin tương ứng của PAD) tại TOP LAYER với lệnh PLACE PAD, v.v. theo hình dạng và kích thước của thành phần thực tế. Sau đó, sử dụng lệnh PLACE TRACK để vẽ diện mạo tối đa của thành phần trong TRÌNH BÀY TRÊN ĐẦU, chọn tên thành phần và lưu trữ trong thư viện thành phần. D. Sau khi các thành phần được chế tạo, sẽ tiến hành bố trí và đấu dây. Hai phần này sẽ được thảo luận chi tiết dưới đây. E. Kiểm tra sau khi quy trình trên hoàn tất. Một mặt, điều này bao gồm việc kiểm tra nguyên lý mạch, mặt khác, cần phải kiểm tra sự ăn khớp và lắp ráp với nhau. Nguyên lý mạch có thể được kiểm tra bằng tay hoặc tự động bằng mạng (mạng được hình thành bằng sơ đồ có thể được so sánh với mạng được hình thành bởi PCB). F. Sau khi kiểm tra, lưu trữ và xuất tệp. Trong Protel99 SE, bạn phải chạy lệnh EXPORT trong tùy chọn FILE để lưu FILE vào đường dẫn đã chỉ định và FILE (lệnh IMPORT là NHẬP một tập tin vào Protel99 SE). Lưu ý: Trong tùy chọn Protel99 SE “FILE” “LƯU SAO CHÉP NHƯ…” Sau khi lệnh được thực thi, tên tệp đã chọn không hiển thị trong Windows 98, do đó không thể nhìn thấy tệp trong Trình quản lý tài nguyên. Điều này khác với “LƯU NHƯ…” trong Protel 98. Nó không hoạt động hoàn toàn giống nhau.

3. Bố cục thành phần

Bởi vì SMT thường sử dụng hàn dòng nhiệt lò hồng ngoại để hàn các linh kiện, cách bố trí của các thành phần ảnh hưởng đến chất lượng của mối hàn, và sau đó ảnh hưởng đến năng suất của sản phẩm. Đối với thiết kế PCB của mạch rf, khả năng tương thích điện từ yêu cầu mỗi mô-đun mạch không tạo ra bức xạ điện từ càng xa càng tốt và có khả năng chống nhiễu điện từ nhất định. Do đó, cách bố trí linh kiện cũng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chống nhiễu và chống nhiễu của bản thân mạch, điều này cũng liên quan trực tiếp đến hiệu suất của mạch được thiết kế. Do đó, trong thiết kế PCB mạch RF, ngoài cách bố trí của thiết kế PCB thông thường, chúng ta cũng nên xem xét cách giảm nhiễu giữa các bộ phận khác nhau của mạch RF, làm thế nào để giảm nhiễu của chính mạch đó đến các mạch khác và khả năng chống nhiễu của bản thân mạch. Theo kinh nghiệm, tác dụng của mạch rf không chỉ phụ thuộc vào chỉ số hoạt động của bản thân bảng mạch RF, mà còn phụ thuộc vào sự tương tác với bảng xử lý CPU ở một mức độ lớn. Do đó, trong thiết kế PCB, việc bố trí hợp lý là đặc biệt quan trọng.

Nguyên tắc bố trí chung: các thành phần phải được sắp xếp theo cùng một hướng càng xa càng tốt, và hiện tượng hàn xấu có thể được giảm bớt hoặc thậm chí tránh được bằng cách chọn hướng của PCB đi vào hệ thống nấu chảy thiếc; Theo kinh nghiệm, khoảng cách giữa các thành phần ít nhất phải là 0.5mm để đáp ứng yêu cầu của các thành phần nấu chảy thiếc. Nếu không gian của bảng mạch PCB cho phép, không gian giữa các thành phần phải càng rộng càng tốt. Đối với bảng đôi, một mặt nên được thiết kế cho các thành phần SMD và SMC, và mặt kia là các thành phần rời rạc.

Lưu ý trong bố cục:

* Đầu tiên xác định vị trí của các thành phần giao diện trên PCB với các bo mạch hoặc hệ thống PCB khác, và chú ý đến sự phối hợp của các thành phần giao diện (chẳng hạn như hướng của các thành phần, v.v.).

* Do khối lượng sản phẩm cầm tay nhỏ, các linh kiện được sắp xếp gọn gàng nên đối với các linh kiện lớn hơn phải ưu tiên xác định vị trí thích hợp, đồng thời xem xét vấn đề phối hợp với nhau.

* phân tích cẩn thận cấu trúc mạch, xử lý khối mạch (chẳng hạn như mạch khuếch đại tần số cao, mạch trộn và mạch giải điều chế, v.v.), càng xa càng tốt để tách tín hiệu dòng điện nặng và tín hiệu dòng điện yếu, tách riêng mạch tín hiệu kỹ thuật số và tín hiệu tương tự mạch, hoàn thành chức năng tương tự của mạch nên được sắp xếp trong một phạm vi nhất định, do đó giảm diện tích vòng lặp tín hiệu; Mạng lọc của từng phần của mạch phải được nối gần đó, để không những giảm được bức xạ mà còn giảm được xác suất gây nhiễu, theo khả năng chống nhiễu của mạch.

* Nhóm các mạch tế bào theo độ nhạy của chúng với khả năng tương thích điện từ đang sử dụng. Các thành phần của mạch dễ bị nhiễu cũng nên tránh các nguồn gây nhiễu (chẳng hạn như nhiễu từ CPU trên bo mạch xử lý dữ liệu).

4. Hệ thống dây điện

Sau khi các thành phần được bố trí, có thể bắt đầu nối dây. Nguyên tắc cơ bản của hệ thống dây điện là: trong điều kiện mật độ lắp ráp, thiết kế dây mật độ thấp nên được chọn càng xa càng tốt, và dây tín hiệu phải dày và mỏng nhất có thể, điều này có lợi cho việc kết hợp trở kháng.

Đối với mạch rf, việc thiết kế không hợp lý về hướng, độ rộng và khoảng cách đường truyền tín hiệu có thể gây nhiễu giữa các đường truyền tín hiệu; Ngoài ra, bản thân bộ nguồn của hệ thống cũng tồn tại nhiễu nhiễu nên trong thiết kế mạch RF PCB phải xem xét một cách toàn diện, đấu dây hợp lý.

Khi đấu dây, tất cả các dây nối phải cách xa đường viền của bảng mạch PCB (khoảng 2mm), để không gây ra hoặc tiềm ẩn nguy cơ đứt dây trong quá trình sản xuất bảng mạch PCB. Đường dây điện nên càng rộng càng tốt để giảm điện trở của vòng lặp. Đồng thời, hướng của đường dây điện và đường dây nối đất cần phù hợp với hướng truyền dữ liệu để nâng cao khả năng chống nhiễu. Các đường tín hiệu nên càng ngắn càng tốt và số lượng lỗ phải được giảm càng nhiều càng tốt. Kết nối giữa các thành phần càng ngắn càng tốt, để giảm sự phân bố của các tham số và nhiễu điện từ lẫn nhau; Đối với các đường tín hiệu không tương thích nên cách xa nhau, và cố gắng tránh các đường song song, và trong hai mặt tích cực của việc áp dụng các đường tín hiệu dọc lẫn nhau; Đi dây cần địa chỉ góc nên đặt Góc 135 ° là thích hợp, tránh rẽ vuông góc.

Đường dây kết nối trực tiếp với miếng đệm không được quá rộng, và đường dây đó phải cách xa các linh kiện đã ngắt kết nối càng xa càng tốt để tránh đoản mạch; Các lỗ không được vẽ trên các linh kiện và phải đặt càng xa các linh kiện đã ngắt kết nối càng tốt để tránh hiện tượng hàn ảo, hàn liên tục, đoản mạch và các hiện tượng khác trong sản xuất.

Trong thiết kế PCB của mạch rf, việc đấu dây chính xác của đường dây điện và dây nối đất là đặc biệt quan trọng, và thiết kế hợp lý là phương tiện quan trọng nhất để khắc phục nhiễu điện từ. Khá nhiều nguồn nhiễu trên PCB được tạo ra từ nguồn điện và dây nối đất, trong đó dây nối đất gây nhiễu nhiều nhất.

Nguyên nhân chính khiến dây nối đất dễ gây nhiễu điện từ là do trở kháng của dây nối đất. Khi có dòng điện chạy qua mặt đất, một điện áp sẽ được tạo ra trên mặt đất, dẫn đến dòng điện vòng nối đất, tạo thành giao thoa vòng nối đất. Khi nhiều mạch chia sẻ một đoạn dây nối đất, sự ghép nối trở kháng chung xảy ra, dẫn đến tiếng ồn đất được gọi là. Do đó, khi đấu dây nối đất của PCB mạch RF, hãy thực hiện:

* Trước hết, mạch được chia thành các khối, mạch rf về cơ bản có thể được chia thành khuếch đại tần số cao, trộn, giải điều chế, rung cục bộ và các phần khác, để cung cấp một điểm tham chiếu tiềm năng chung cho mỗi mạch mô-đun mạch nối đất, do đó tín hiệu có thể được truyền giữa các mô-đun mạch khác nhau. Sau đó, nó được tóm tắt tại điểm mà PCB mạch RF được kết nối với mặt đất, tức là được tóm tắt tại điểm nối đất chính. Vì chỉ có một điểm tham chiếu, không có khớp nối trở kháng chung và do đó không có vấn đề nhiễu lẫn nhau.

* Khu vực kỹ thuật số và khu vực tương tự càng xa càng tốt cách ly dây nối đất, và đất kỹ thuật số và đất tương tự để tách biệt, cuối cùng được kết nối với đất cung cấp điện.

* Dây nối đất trong từng phần mạch cũng cần chú ý nguyên tắc nối đất điểm đơn, hạn chế tối đa diện tích vòng lặp tín hiệu, địa chỉ mạch lọc tương ứng gần đó.

* Nếu không gian cho phép, tốt hơn nên cách ly từng mô-đun với dây nối đất để ngăn chặn hiệu ứng ghép tín hiệu giữa nhau.

5. Phần kết luận

Chìa khóa của thiết kế RF PCB nằm ở cách giảm khả năng bức xạ và cách cải thiện khả năng chống nhiễu. Cách bố trí và đi dây hợp lý là đảm bảo của THIẾT KẾ PCB RF. Phương pháp được mô tả trong bài báo này rất hữu ích để cải thiện độ tin cậy của thiết kế PCB mạch RF, giải quyết vấn đề nhiễu điện từ và đạt được mục đích tương thích điện từ.