HF-Leiterplatte Ein Layout zur Reduzierung von Störsignalen erfordert die Kreativität des HF-Ingenieurs.Die Beachtung dieser acht Regeln trägt nicht nur dazu bei, die Markteinführungszeit zu verkürzen, sondern erhöht auch die Vorhersehbarkeit Ihres Arbeitsplans.


Regel 1: Erdungsdurchkontaktierungen sollten sich am Schalter der Erdungsreferenzebene befinden
Alle durch die verlegte Leitung fließenden Ströme haben die gleiche Rendite.Es gibt viele Kopplungsstrategien, aber der Rückfluss fließt normalerweise durch benachbarte Masseebenen oder Masseflächen, die parallel zu Signalleitungen angeordnet sind.Im weiteren Verlauf der Referenzschicht ist die gesamte Kopplung auf die Übertragungsleitung beschränkt und alles funktioniert einwandfrei.Wird jedoch die Signalführung von der obersten Schicht auf die innere bzw. unterste Schicht umgestellt, muss auch der Rückfluss einen Weg bekommen.


Abbildung 1 ist ein Beispiel.Unmittelbar unterhalb des Signalleitungsstroms der obersten Ebene befindet sich der Rückfluss.Bei der Übertragung auf die untere Schicht erfolgt der Reflow durch nahegelegene Durchkontaktierungen.Wenn jedoch in der Nähe keine Durchkontaktierungen für den Reflow vorhanden sind, erfolgt der Reflow durch die nächstgelegene verfügbare Massedurchkontaktierung.Größere Abstände erzeugen Stromschleifen und bilden Induktoren.Wenn dieser unerwünschte Strompfadversatz zufällig eine andere Leitung kreuzt, ist die Störung schwerwiegender.Diese Stromschleife entspricht tatsächlich der Bildung einer Antenne!

Acht Regeln, die Ihnen helfen, Parasiten in HF-Leiterplattenschaltungen zu reduzieren

Abbildung 1: Der Signalstrom fließt von den Gerätepins über Durchkontaktierungen zu den unteren Schichten.Der Reflow befindet sich unter dem Signal, bevor er zum nächstgelegenen Via gezwungen wird, um zu einer anderen Referenzschicht zu wechseln

Bodenreferenzierung ist die beste Strategie, Hochgeschwindigkeitsleitungen können jedoch manchmal auf internen Schichten verlegt werden.Die Platzierung von Erdungsreferenzebenen oben und unten ist sehr schwierig, und Halbleiterhersteller sind möglicherweise auf die Pins beschränkt und müssen Stromleitungen neben Hochgeschwindigkeitsleitungen verlegen.Wenn der Referenzstrom zwischen Schichten oder Netzen umgeschaltet werden muss, die nicht gleichstromgekoppelt sind, sollten Entkopplungskondensatoren neben dem Schaltpunkt platziert werden.



Regel 2: Verbinden Sie das Gerätepad mit der Erdung der obersten Schicht
Viele Geräte verwenden ein thermisches Erdungspad an der Unterseite des Gerätegehäuses.Bei HF-Geräten handelt es sich in der Regel um elektrische Erdungen, und benachbarte Pad-Punkte verfügen über eine Reihe von Erdungsdurchkontaktierungen.Das Gerätepad kann direkt mit dem Erdungsstift verbunden und durch die obere Erdungsschicht mit jedem Kupferdurchgang verbunden werden.Bei mehreren Pfaden wird der Rückfluss proportional zur Pfadimpedanz aufgeteilt.Die Erdungsverbindung durch das Pad hat einen kürzeren und niederohmigeren Pfad als die Pin-Erdung.


Eine gute elektrische Verbindung zwischen der Platine und den Gerätepads ist von entscheidender Bedeutung.Während der Montage können ungefüllte Durchkontaktierungen in einem Leiterplatten-Durchkontaktierungsarray auch Lotpaste aus dem Gerät heraussaugen und Hohlräume hinterlassen.Das Füllen von Durchgangslöchern ist eine gute Möglichkeit, die Lötstelle an Ort und Stelle zu halten.Öffnen Sie während der Auswertung auch die Lötmaskenschicht, um sicherzustellen, dass sich keine Lötmaske auf dem Platinenboden unter dem Gerät befindet, da die Lötmaske das Gerät anheben oder zum Wackeln bringen kann.

Regel 3: Keine Referenzschichtlücke

Überall am Geräteumfang befinden sich Durchkontaktierungen.Zur lokalen Entkopplung werden die Stromnetze aufgeschlüsselt und dann bis zur Stromebene weitergeleitet, wobei häufig mehrere Durchkontaktierungen bereitgestellt werden, um die Induktivität zu minimieren und die Stromtragfähigkeit zu verbessern, während der Steuerbus bis zur inneren Ebene reichen kann.Die gesamte Zersetzung endet vollständig in der Nähe des Geräts.


Jede dieser Durchkontaktierungen erzeugt auf der inneren Masseebene eine Ausschlusszone, die größer ist als der Durchmesser der Durchkontaktierung selbst und so für Herstellungsfreiraum sorgt.Diese Sperrzonen können leicht zu Unterbrechungen im Rückweg führen.Erschwerend kommt hinzu, dass einige Durchkontaktierungen nahe beieinander liegen und Gräben auf der Grundebene bilden, die in der CAD-Ansicht der obersten Ebene nicht sichtbar sind.Abbildung 2. Masseebenen-Hohlräume für zwei Stromebenen-Durchkontaktierungen können zu überlappenden Sperrbereichen und Unterbrechungen auf dem Rückweg führen.Der Reflow kann nur umgeleitet werden, um den verbotenen Bereich der Masseebene zu umgehen, was zu dem üblichen Problem des Emissionsinduktionspfads führt.

Acht Regeln, die Ihnen helfen, Parasiten in HF-Leiterplattenschaltungen zu reduzieren

Abbildung 2: Die Sperrbereiche der Masseebenen rund um die Durchkontaktierungen können sich überlappen, wodurch der Rückfluss vom Signalpfad weggedrückt wird.Selbst wenn es keine Überlappung gibt, erzeugt die Sperrzone eine Diskontinuität der Rattenbiss-Impedanz in der Grundebene

Sogar „freundliche“ Massedurchkontaktierungen bringen die zugehörigen Metallpads auf die von der Norm geforderten Mindestabmessungen Herstellung von Leiterplatten Verfahren.Vias, die sich sehr nahe an Signalspuren befinden, können Erosion erfahren, als ob der Hohlraum auf der obersten Ebene von einer Ratte abgebissen worden wäre.Abbildung 2 ist ein schematisches Diagramm eines Rattenbisses.


Da die Ausschlusszone automatisch von der CAD-Software generiert wird und auf der Systemplatine häufig Durchkontaktierungen verwendet werden, kommt es während des frühen Layoutprozesses fast immer zu Unterbrechungen des Rückwegs.Verfolgen Sie jede Hochgeschwindigkeitsleitung während der Layoutbewertung und überprüfen Sie die zugehörigen Reflow-Schichten, um Unterbrechungen zu vermeiden.Es ist eine gute Idee, alle Durchkontaktierungen, die zu Störungen der Masseebene führen können, in einem Bereich zu platzieren, der näher am Massehohlraum auf der obersten Ebene liegt.

Regel 4: Differentiallinien differenziert halten
Der Rückweg ist für die Leistung der Signalleitung von entscheidender Bedeutung und sollte als Teil des Signalpfads betrachtet werden.Gleichzeitig sind Differentialpaare normalerweise nicht eng gekoppelt und der Rückfluss kann durch benachbarte Schichten fließen.Beide Rückleitungen müssen über gleiche elektrische Wege geführt werden.


Aufgrund der Designbeschränkungen für Nähe und gemeinsame Nutzung bleibt der Rückfluss auf derselben Ebene, auch wenn die beiden Leitungen des Differentialpaars nicht eng gekoppelt sind.Um Störsignale wirklich niedrig zu halten, ist eine bessere Anpassung erforderlich.Alle geplanten Strukturen, wie z. B. Ausschnitte für Masseebenen unter Differentialkomponenten, sollten symmetrisch sein.Ebenso können übereinstimmende Längen zu Problemen mit Kringeln in den Signalspuren führen.Reflow verursacht keine Wellenprobleme.Die Längenanpassung einer Differenzleitung sollte sich in den anderen Differenzleitungen widerspiegeln.

Regel 5: Keine Takt- oder Steuerleitungen in der Nähe von HF-Signalleitungen
Takt- und Steuerleitungen können manchmal als unbedeutende Nachbarn angesehen werden, da sie mit niedrigen Geschwindigkeiten arbeiten, sogar nahe an Gleichstrom.Allerdings sind seine Schalteigenschaften nahezu rechteckförmig und erzeugen einzigartige Töne bei ungeraden harmonischen Frequenzen.Die Grundfrequenz der emittierenden Energie der Rechteckwelle spielt keine Rolle, wohl aber ihre scharfen Kanten.Beim Entwurf digitaler Systeme kann die Eckfrequenz die Oberwelle mit der höchsten Frequenz abschätzen, die berücksichtigt werden muss.Die Berechnungsmethode lautet: Fknee=0,5/Tr, wobei Tr die Anstiegszeit ist.Beachten Sie, dass es sich um die Anstiegszeit und nicht um die Signalfrequenz handelt.Scharfkantige Rechteckwellen weisen jedoch auch starke ungerade Harmonische höherer Ordnung auf, die möglicherweise nur bei der falschen Frequenz abfallen und auf die HF-Leitung einkoppeln, wodurch strenge Übertragungsmaskenanforderungen verletzt werden.


Takt- und Steuerleitungen sollten durch eine interne Erdungsebene oder einen Erdungsguss auf oberster Ebene von den HF-Signalleitungen isoliert werden.Wenn eine Erdungsisolierung nicht möglich ist, sollten die Leiterbahnen so verlegt werden, dass sie sich im rechten Winkel kreuzen.Da die von den Takt- oder Steuerleitungen ausgesendeten magnetischen Flusslinien strahlende Spaltenkonturen um die Ströme der Störleitungen bilden, erzeugen sie keine Ströme in den Empfangsleitungen.Die Verlangsamung der Anstiegszeit reduziert nicht nur die Eckfrequenz, sondern hilft auch, Störungen durch Störer zu reduzieren, aber die Takt- oder Steuerleitungen können auch als Empfängerleitungen fungieren.Die Empfängerleitung dient weiterhin als Leitung für Störsignale in das Gerät.

Regel 6: Verwenden Sie Erde, um Hochgeschwindigkeitsstrecken zu isolieren
Mikrostreifen- und Streifenleitungen sind meist an benachbarte Masseebenen gekoppelt.Einige Flusslinien verlaufen immer noch horizontal und beenden benachbarte Spuren.Ein Ton auf einer Hochgeschwindigkeitsleitung oder einem Differentialpaar endet auf der nächsten Leiterbahn, aber die Erdung der Signalschicht erzeugt einen Abschlusspunkt mit niedrigerer Impedanz für die Flussleitung, wodurch benachbarte Leiterbahnen von Tönen befreit werden.

Cluster von Leiterbahnen, die von einem Taktverteilungs- oder Synthesizergerät zur Übertragung derselben Frequenz weitergeleitet werden, können nebeneinander verlaufen, da der Störton bereits auf der Empfängerleitung vorhanden ist.Die gruppierten Linien werden sich jedoch irgendwann ausbreiten.Beim Dispergieren sollte eine Bodenflutung zwischen den Dispergierleitungen und Durchkontaktierungen vorgesehen werden, wo die Dispergierung beginnt, sodass der induzierte Rückfluss entlang des nominalen Rückflusspfads zurückfließt.In Abbildung 3 ermöglichen Durchkontaktierungen an den Enden der Erdungsinseln den Fluss des induzierten Stroms auf die Referenzebene.Der Abstand zwischen anderen Durchkontaktierungen auf der Bodenperfusion sollte ein Zehntel einer Wellenlänge nicht überschreiten, um sicherzustellen, dass der Boden nicht zu einer resonanten Struktur wird.

Acht Regeln, die Ihnen helfen, RF zu reduzieren Parasiten in Leiterplattenschaltungen

Abbildung 3: Bodendurchkontaktierungen auf oberster Ebene, in denen Differenzleiterbahnen verstreut sind, bieten Flusswege für den Rückfluss

Regel 7: Verlegen Sie keine HF-Leitungen auf lautstarken Flugzeugen
Der Ton dringt in die Energieebene ein und breitet sich überall aus.Gelangen Störtöne in Netzteile, Puffer, Mischer, Dämpfungsglieder und Oszillatoren, können sie die Störfrequenz modulieren.Wenn der Strom die Platine erreicht, ist diese ebenfalls noch nicht vollständig entleert, um die HF-Schaltung anzutreiben.Die Belastung von HF-Leitungen durch Leistungsebenen, insbesondere ungefilterte Leistungsebenen, sollte minimiert werden.


Große Leistungsebenen neben der Erde erzeugen hochwertige eingebettete Kondensatoren, die parasitäre Signale dämpfen und in digitalen Kommunikationssystemen und einigen HF-Systemen verwendet werden.Ein anderer Ansatz besteht darin, minimierte Leistungsebenen zu verwenden, die manchmal eher fetten Leiterbahnen als Schichten ähneln, sodass es für HF-Leitungen einfacher ist, Leistungsebenen vollständig zu vermeiden.Beide Ansätze sind möglich, aber die schlechtesten Eigenschaften der beiden dürfen nicht kombiniert werden, nämlich die Verwendung einer kleinen Leistungsebene und die Verlegung der HF-Leitungen oben.

Regel 8: Entkoppeln Sie immer in der Nähe des Geräts
Die Entkopplung trägt nicht nur dazu bei, Störgeräusche aus dem Gerät fernzuhalten, sondern verhindert auch, dass im Inneren des Geräts erzeugte Töne auf die Stromversorgungsebenen übertragen werden.Je näher die Entkopplungskondensatoren an der Arbeitsschaltung liegen, desto höher ist der Wirkungsgrad.Die lokale Entkopplung wird weniger durch parasitäre Impedanzen der Leiterplattenleiterbahnen gestört, und kürzere Leiterbahnen unterstützen kleinere Antennen, wodurch unerwünschte Tonemissionen reduziert werden.Die Platzierung des Kondensators kombiniert die höchste Eigenresonanzfrequenz, normalerweise den kleinsten Wert, die kleinste Gehäusegröße, die Nähe zum Gerät und je größer der Kondensator, desto weiter vom Gerät entfernt.Bei HF-Frequenzen erzeugen die Kondensatoren auf der Rückseite der Platine parasitäre Induktivitäten des Via-Strang-zu-Erde-Pfads, wodurch ein Großteil der Vorteile der Rauschdämpfung verloren geht.

Zusammenfassen
Durch die Auswertung des Platinenlayouts können wir Strukturen entdecken, die möglicherweise störende HF-Töne senden oder empfangen.Verfolgen Sie jede Linie, identifizieren Sie bewusst ihren Rückweg, stellen Sie sicher, dass sie parallel zur Linie verlaufen kann, und überprüfen Sie insbesondere die Übergänge sorgfältig.Isolieren Sie außerdem potenzielle Störquellen vom Empfänger.Das Befolgen einiger einfacher und intuitiver Regeln zur Reduzierung von Störsignalen kann die Produktfreigabe beschleunigen und die Debugkosten senken.