placa de circuito impreso de radiofrecuencia diseño para reducir las señales espurias requiere la creatividad del ingeniero de RF.Tener en cuenta estas ocho reglas no solo ayudará a acelerar el tiempo de comercialización, sino que también aumentará la previsibilidad de su horario de trabajo.


Regla 1: las vías de tierra deben ubicarse en el interruptor del plano de referencia de tierra
Todas las corrientes que fluyen a través de la línea enrutada tienen el mismo retorno.Hay muchas estrategias de acoplamiento, pero el flujo de retorno generalmente fluye a través de planos de tierra adyacentes o terrenos colocados en paralelo con las líneas de señal.A medida que continúa la capa de referencia, todo el acoplamiento se limita a la línea de transmisión y todo funciona perfectamente bien.Sin embargo, si el enrutamiento de la señal se cambia de la capa superior a la capa interna o inferior, el flujo de retorno también debe tener una ruta.


La figura 1 es un ejemplo.Inmediatamente debajo de la corriente de la línea de señal de nivel superior se encuentra el flujo de retorno.Cuando se transfiere a la capa inferior, el reflujo pasa por vías cercanas.Sin embargo, si no hay vías para el reflujo cerca, el reflujo pasa por la vía terrestre disponible más cercana.Las distancias mayores crean bucles de corriente, formando inductores.Si este desplazamiento de ruta de corriente no deseado cruza otra línea, la interferencia será más severa.¡Este bucle de corriente es en realidad equivalente a formar una antena!

Ocho reglas para ayudarlo a reducir los parásitos del circuito PCB de RF

Figura 1: La corriente de la señal fluye desde los pines del dispositivo a través de las vías hacia las capas inferiores.El reflujo está bajo la señal antes de ser forzado a la vía más cercana para cambiar a una capa de referencia diferente

La referenciación terrestre es la mejor estrategia, pero a veces las líneas de alta velocidad se pueden colocar en capas internas.Colocar planos de referencia terrestres arriba y abajo es muy difícil, y los fabricantes de semiconductores pueden estar limitados por pines y colocar líneas eléctricas junto a líneas de alta velocidad.Si es necesario cambiar la corriente de referencia entre capas o redes que no están acopladas a CC, se deben colocar condensadores de desacoplamiento junto al punto de conmutación.



Regla 2: conecte la almohadilla del dispositivo a la tierra de la capa superior
Muchos dispositivos usan una almohadilla térmica a tierra en la parte inferior del paquete del dispositivo.En los dispositivos de RF, estos suelen ser conexiones a tierra eléctricas y los puntos de almohadilla adyacentes tienen una serie de vías de conexión a tierra.La almohadilla del dispositivo puede conectarse directamente al pin de tierra y conectarse a cualquier vertido de cobre a través de la tierra de la capa superior.Si hay varias rutas, el flujo de retorno se divide proporcionalmente a la impedancia de la ruta.La conexión a tierra a través del pad tiene una ruta de impedancia más corta y más baja que la conexión a tierra del pin.


Una buena conexión eléctrica entre la placa y los pads del dispositivo es fundamental.Durante el ensamblaje, las vías sin llenar en una placa de circuito a través de una matriz también pueden extraer pasta de soldadura del dispositivo, dejando vacíos.Rellenar los agujeros es una buena manera de mantener la soldadura en su lugar.Durante la evaluación, abra también la capa de máscara de soldadura para verificar que no haya máscara de soldadura en la tierra de la placa debajo del dispositivo, ya que la máscara de soldadura puede levantar el dispositivo o hacer que se tambalee.

Regla 3: Sin espacio en la capa de referencia

Hay vías en todo el perímetro del dispositivo.Las redes eléctricas se descomponen para el desacoplamiento local y luego bajan al plano de potencia, a menudo proporcionando múltiples vías para minimizar la inductancia y mejorar la capacidad de transporte de corriente, mientras que el bus de control puede estar en el plano interior.Toda esta descomposición termina completamente sujeta cerca del dispositivo.


Cada una de estas vías crea una zona de exclusión en el plano de tierra interior que es más grande que el diámetro de la propia vía, lo que proporciona un espacio de fabricación.Estas zonas de exclusión pueden causar fácilmente interrupciones en la ruta de retorno.Lo que complica aún más la situación es el hecho de que algunas vías están cerca unas de otras y forman trincheras en el plano de tierra que son invisibles para la vista CAD de nivel superior.Figura 2. Los vacíos del plano de tierra para dos vías del plano de potencia pueden crear áreas de exclusión superpuestas y crear interrupciones en la ruta de retorno.El reflujo solo se puede desviar para eludir el área prohibida del plano de tierra, lo que genera el problema de la ruta de inducción de emisión común.

Ocho reglas para ayudarlo a reducir los parásitos del circuito PCB de RF

Figura 2: Las áreas de exclusión de los planos de tierra alrededor de las vías pueden superponerse, forzando al flujo de retorno a alejarse de la ruta de la señal.Incluso si no hay superposición, la zona de exclusión crea una discontinuidad de impedancia de mordedura de rata en el plano de tierra

Incluso las vías de tierra "amigables" llevan las almohadillas de metal asociadas a las dimensiones mínimas requeridas por el fabricación de placas de circuito impreso proceso.Las vías muy cercanas a las huellas de la señal pueden experimentar erosión como si una rata hubiera mordido el vacío del suelo del nivel superior.La Figura 2 es un diagrama esquemático de una mordedura de rata.


Dado que el software CAD genera automáticamente la zona de exclusión y las vías se utilizan con frecuencia en la placa del sistema, casi siempre habrá algunas interrupciones en la ruta de retorno durante el proceso inicial de diseño.Rastree cada línea de alta velocidad durante la evaluación del diseño y verifique las capas de reflujo asociadas para evitar interrupciones.Es una buena idea colocar todas las vías que puedan crear interferencias en el plano de tierra en cualquier área más cercana al vacío de tierra de nivel superior.

Regla 4: Mantenga las líneas diferenciales diferenciales
La ruta de retorno es fundamental para el rendimiento de la línea de señal y debe considerarse parte de la ruta de la señal.Al mismo tiempo, los pares diferenciales generalmente no están estrechamente acoplados y el flujo de retorno puede fluir a través de capas adyacentes.Ambos retornos deben enrutarse a través de caminos eléctricos iguales.


Las restricciones de diseño de proximidad y uso compartido mantienen el flujo de retorno en la misma capa incluso cuando las dos líneas del par diferencial no están estrechamente acopladas.Para mantener realmente bajas las señales espurias, se requiere una mejor coincidencia.Cualquier estructura planificada, como cortes para planos de tierra debajo de componentes diferenciales, debe ser simétrica.Del mismo modo, la coincidencia de longitudes puede crear problemas con garabatos en las trazas de la señal.El reflujo no causa problemas de ondulación.La coincidencia de longitud de una línea diferencial debe reflejarse en las otras líneas diferenciales.

Regla 5: No hay líneas de reloj o de control cerca de las líneas de señal de RF
Las líneas de reloj y control a veces pueden verse como vecinos insignificantes porque operan a bajas velocidades, incluso cerca de CC.Sin embargo, sus características de conmutación son casi de onda cuadrada, produciendo tonos únicos en frecuencias armónicas impares.La frecuencia fundamental de la energía de emisión de la onda cuadrada no importa, pero sus bordes afilados sí.En el diseño de sistemas digitales, la frecuencia de esquina puede estimar el armónico de frecuencia más alto que se debe considerar.El método de cálculo es: Fknee=0.5/Tr, donde Tr es el tiempo de subida.Tenga en cuenta que es el tiempo de subida, no la frecuencia de la señal.Sin embargo, las ondas cuadradas de bordes afilados también tienen fuertes armónicos impares de orden superior que solo pueden caer en la frecuencia incorrecta y acoplarse a la línea de RF, violando los estrictos requisitos de máscara de transmisión.


Las líneas de reloj y control deben estar aisladas de las líneas de señal de RF mediante un plano de tierra interno o un vertido de tierra de nivel superior.Si no se puede usar el aislamiento de tierra, las pistas deben enrutarse de modo que se crucen en ángulo recto.Debido a que las líneas de flujo magnético emitidas por el reloj o las líneas de control formarán contornos de columnas radiantes alrededor de las corrientes de las líneas de interferencia, no generarán corrientes en las líneas del receptor.Disminuir el tiempo de subida no solo reduce la frecuencia de esquina sino que también ayuda a reducir la interferencia de las fuentes de interferencia, pero el reloj o las líneas de control también pueden actuar como líneas receptoras.La línea del receptor todavía actúa como un conducto para señales espurias en el dispositivo.

Regla 6: Usa el suelo para aislar las líneas de alta velocidad
Las microstrips y striplines se acoplan en su mayoría a planos de tierra adyacentes.Algunas líneas de flujo todavía emanan horizontalmente y terminan en trazas adyacentes.Un tono en una línea de alta velocidad o par diferencial termina en la siguiente traza, pero la perfusión de tierra en la capa de señal crea un punto de terminación de impedancia más baja para la línea de flujo, liberando las trazas adyacentes de los tonos.

Los grupos de trazas enrutadas por un dispositivo sintetizador o de distribución de reloj para llevar la misma frecuencia pueden correr uno al lado del otro porque el tono de interferencia ya está presente en la línea del receptor.Sin embargo, las líneas agrupadas eventualmente se extenderán.Al dispersar, debe proporcionarse inundación del suelo entre las líneas de dispersión y las vías donde comienza a dispersarse para que el retorno inducido fluya de regreso a lo largo de la ruta de retorno nominal.En la Figura 3, las vías en los extremos de las islas de tierra permiten que la corriente inducida fluya hacia el plano de referencia.El espacio entre otras vías en la perfusión del suelo no debe exceder una décima de longitud de onda para asegurar que el suelo no se convierta en una estructura resonante.

Ocho reglas para ayudarlo a reducir la RF Parásitos del circuito de PCB

Figura 3: Las vías de tierra de nivel superior donde las trazas diferenciales están dispersas proporcionan rutas de flujo para el flujo de retorno

Regla 7: no encamine líneas de RF en planos de potencia ruidosos
El tono entra en el plano del poder y se esparce por todas partes.Si entran tonos espurios en las fuentes de alimentación, los búferes, los mezcladores, los atenuadores y los osciladores, pueden modular la frecuencia de interferencia.Asimismo, cuando la energía llega a la placa, aún no se ha vaciado por completo para impulsar el circuito de RF.Se debe minimizar la exposición de las líneas de RF a los planos de potencia, especialmente los planos de potencia sin filtrar.


Grandes planos de potencia adyacentes a tierra crean condensadores integrados de alta calidad que atenúan las señales parásitas y se utilizan en sistemas de comunicación digital y algunos sistemas de RF.Otro enfoque consiste en utilizar planos de potencia minimizados, a veces más parecidos a trazas gruesas que a capas, de modo que sea más fácil para las líneas de RF evitar los planos de potencia por completo.Ambos enfoques son posibles, pero las peores características de los dos no deben combinarse, que es usar un pequeño plano de energía y enrutar las líneas de RF en la parte superior.

Regla 8: mantenga el desacoplamiento cerca del dispositivo
El desacoplamiento no solo ayuda a mantener el ruido espurio fuera del dispositivo, sino que también ayuda a evitar que los tonos generados dentro del dispositivo se acoplen a los planos de potencia.Cuanto más cerca estén los condensadores de desacoplamiento del circuito de trabajo, mayor será la eficiencia.El desacoplamiento local se ve menos perturbado por las impedancias parásitas de las huellas de la placa de circuito, y las huellas más cortas admiten antenas más pequeñas, lo que reduce las emisiones tonales no deseadas.La ubicación del capacitor combina la frecuencia autorresonante más alta, generalmente el valor más pequeño, el tamaño de caja más pequeño, más cerca del dispositivo, y cuanto más grande es el capacitor, más lejos del dispositivo.En las frecuencias de RF, los condensadores en la parte posterior de la placa crean inductancias parásitas de la ruta de cadena a tierra, perdiendo gran parte del beneficio de atenuación de ruido.

Resumir
Al evaluar el diseño de la placa, podemos descubrir estructuras que pueden transmitir o recibir tonos de RF falsos.Trace cada línea, identifique conscientemente su ruta de retorno, asegúrese de que pueda correr paralela a la línea y, especialmente, verifique minuciosamente las transiciones.Además, aísle las posibles fuentes de interferencia del receptor.Seguir algunas reglas simples e intuitivas para reducir las señales espurias puede acelerar el lanzamiento del producto y reducir los costos de depuración.