Placa PCB RF O deseño para reducir os sinais espurios require a creatividade do enxeñeiro de RF.Tendo en conta estas oito regras, non só axudará a acelerar o tempo de saída ao mercado, senón que tamén aumentará a previsibilidade do teu horario de traballo.


Regra 1: as vías de terra deben situarse no interruptor do plano de referencia de terra
Todas as correntes que flúen pola liña encamiñada teñen o mesmo retorno.Hai moitas estratexias de acoplamento, pero o fluxo de retorno adoita fluír a través de planos de terra adxacentes ou terreos colocados en paralelo coas liñas de sinal.A medida que continúa a capa de referencia, todo o acoplamento limítase á liña de transmisión e todo funciona perfectamente.Non obstante, se o enrutamento do sinal se cambia da capa superior á capa interior ou inferior, o fluxo de retorno tamén debe ter un camiño.


A figura 1 é un exemplo.Inmediatamente por debaixo da corrente da liña de sinal de nivel superior está o fluxo de retorno.Cando se transfire á capa inferior, o refluxo pasa por vías próximas.Non obstante, se non hai vías de refluxo nas proximidades, o refluxo pasa pola vía terrestre dispoñible máis próxima.As distancias maiores crean bucles de corrente, formando indutores.Se esta desviación da ruta de corrente non desexada pasa por outra liña, a interferencia será máis grave.Este bucle de corrente é en realidade equivalente a formar unha antena!

Oito regras para axudarche a reducir os parasitos dos circuítos de PCB de RF

Figura 1: a corrente de sinal flúe desde os pinos do dispositivo a través das vías ata as capas inferiores.O refluxo está baixo o sinal antes de ser forzado á vía máis próxima para cambiar a unha capa de referencia diferente

A referencia terrestre é a mellor estratexia, pero ás veces pódense colocar liñas de alta velocidade en capas internas.Colocar planos de referencia de terra arriba e abaixo é moi difícil, e os fabricantes de semicondutores poden estar limitados por pins e colocar liñas eléctricas xunto ás liñas de alta velocidade.Se a corrente de referencia debe cambiarse entre capas ou redes que non estean acopladas en CC, os capacitores de desacoplamento deben colocarse xunto ao punto de conmutación.



Regra 2: conecte a almofada do dispositivo á terra da capa superior
Moitos dispositivos usan unha almofada térmica de terra na parte inferior do paquete do dispositivo.Nos dispositivos de RF, estes son normalmente conexións a terra eléctricas e os puntos de almofada adxacentes teñen unha serie de vías de terra.A almofada do dispositivo pódese conectar directamente ao pin de terra e conectarse a calquera vertedura de cobre a través da terra da capa superior.Se hai varios camiños, o fluxo de retorno divídese proporcionalmente á impedancia do camiño.A conexión de terra a través da almofada ten un camiño de impedancia máis curto e menor que o do pin.


É fundamental unha boa conexión eléctrica entre a placa e as almofadas do dispositivo.Durante a montaxe, as vías sen cubrir nunha placa de circuíto a través dunha matriz tamén poden extraer a pasta de soldadura do dispositivo, deixando baleiros.Encher os buratos é unha boa forma de manter a soldadura no seu lugar.Durante a avaliación, abra tamén a capa de máscara de soldadura para verificar que non hai máscara de soldadura no chan da placa debaixo do dispositivo, xa que a máscara de soldadura pode levantar o dispositivo ou facer que se tambalee.

Regra 3: Non hai espazo de capa de referencia

Hai vías por todo o perímetro do dispositivo.As redes eléctricas son descompostas para o desacoplamento local e despois ata o plano de potencia, a miúdo proporcionando múltiples vías para minimizar a inductancia e mellorar a capacidade de transporte de corrente, mentres que o bus de control pode baixar ata o plano interior.Toda esta descomposición acaba quedando totalmente fixada preto do dispositivo.


Cada unha destas vías crea unha zona de exclusión no plano de terra interior que é maior que o diámetro da vía en si, proporcionando unha separación de fabricación.Estas zonas de exclusión poden provocar facilmente interrupcións no camiño de retorno.Máis complicado a situación é o feito de que algunhas vías están preto unhas das outras e forman trincheiras do plano terrestre que son invisibles para a vista CAD de nivel superior.Figura 2. Os baleiros do plano de terra para dúas vías de avión de potencia poden crear áreas de afastamento superpostas e crear interrupcións na ruta de retorno.O refluxo só se pode desviar para evitar a zona prohibida do plano terrestre, o que provoca o problema común da ruta de indución de emisións.

Oito regras para axudarche a reducir os parasitos dos circuítos de PCB de RF

Figura 2: As áreas de retención dos planos terrestres ao redor das vías poden solaparse, forzando o fluxo de retorno a afastarse do camiño do sinal.Aínda que non haxa superposición, a zona de exclusión crea unha discontinuidade de impedancia de mordida de rata no plano de terra.

Incluso as vías de terra "amigables" levan as almofadas metálicas asociadas ás dimensións mínimas esixidas polo fabricación de placas de circuito impreso proceso.As vías moi próximas aos rastros de sinal poden experimentar erosión coma se o baleiro do chan do nivel superior fora mordido por unha rata.A figura 2 é un diagrama esquemático dunha mordida de rata.


Dado que a zona de exclusión é xerada automaticamente polo software CAD e as vías úsanse con frecuencia na placa do sistema, case sempre haberá algunhas interrupcións na ruta de retorno durante o proceso de deseño inicial.Traza cada liña de alta velocidade durante a avaliación do deseño e comproba as capas de refluxo asociadas para evitar interrupcións.É unha boa idea colocar todas as vías que poidan crear interferencias no plano de terra en calquera área máis próxima ao baleiro de terra do nivel superior.

Regra 4: Manter as liñas diferenciais diferenciais
O camiño de retorno é fundamental para o rendemento da liña de sinal e debe considerarse parte do camiño do sinal.Ao mesmo tempo, os pares diferenciais normalmente non están estreitamente acoplados e o fluxo de retorno pode fluír a través das capas adxacentes.Ambos os retornos deben dirixirse por vías eléctricas iguais.


As restricións de deseño de proximidade e compartición manteñen o fluxo de retorno na mesma capa aínda que as dúas liñas do par diferencial non estean estreitamente acopladas.Para manter realmente baixos os sinais espurios, requírese unha mellor coincidencia.Calquera estrutura planificada, como recortes para planos de terra baixo compoñentes diferenciais, debe ser simétrica.Do mesmo xeito, as lonxitudes coincidentes poden crear problemas con garabatos nas trazas de sinal.O refluxo non causa problemas ondulados.A coincidencia de lonxitude dunha liña diferencial debe reflectirse nas outras liñas diferenciais.

Regra 5: non hai liñas de reloxo nin de control preto das liñas de sinal de RF
As liñas de reloxo e control pódense ver ás veces como veciños insignificantes porque operan a baixas velocidades, incluso preto de DC.Non obstante, as súas características de conmutación son case cadradas, producindo tons únicos en frecuencias harmónicas estrañas.A frecuencia fundamental da enerxía de emisión da onda cadrada non importa, pero si os seus bordos afiados si.No deseño do sistema dixital, a frecuencia da esquina pode estimar o harmónico de frecuencia máis alta que se debe considerar.O método de cálculo é: Fknee=0,5/Tr, onde Tr é o tempo de subida.Teña en conta que é o tempo de subida, non a frecuencia do sinal.Non obstante, as ondas cadradas de bordos afiados tamén teñen fortes harmónicos impares de orde superior que só poden caer na frecuencia incorrecta e acoplarse á liña de RF, violando os estritos requisitos de máscara de transmisión.


As liñas de reloxo e control deben estar illadas das liñas de sinal de RF mediante un plano de terra interno ou un vertido de terra de nivel superior.Se non se pode utilizar o illamento do chan, os trazados deben enrutarse de xeito que se crucen en ángulo recto.Debido a que as liñas de fluxo magnético emitidas polo reloxo ou as liñas de control formarán contornos de columna radiantes arredor das correntes das liñas interferentes, non xerarán correntes nas liñas do receptor.A desaceleración do tempo de subida non só reduce a frecuencia das esquinas senón que tamén axuda a reducir as interferencias dos interferentes, senón que o reloxo ou as liñas de control tamén poden actuar como liñas de recepción.A liña receptora aínda actúa como un conducto para sinais espurios no dispositivo.

Regra 6: Usa terra para illar liñas de alta velocidade
As microstripas e as liñas de banda están acopladas na súa maioría a planos de terra adxacentes.Algunhas liñas de fluxo aínda emanan horizontalmente e rematan trazos adxacentes.Un ton nunha liña de alta velocidade ou par diferencial termina no seguinte trazo, pero a perfusión do chan na capa de sinal crea un punto de terminación de impedancia máis baixa para a liña de fluxo, liberando as trazas adxacentes dos tons.

Os grupos de trazos encamiñados por un dispositivo de distribución de reloxo ou sintetizador para transportar a mesma frecuencia poden correr uns xuntos aos outros porque o ton interferente xa está presente na liña do receptor.Non obstante, as liñas agrupadas eventualmente estenderanse.Cando se dispersa, débese prever a inundación do terreo entre as liñas de dispersión e os vias onde comeza a dispersarse para que o retorno inducido volva ao longo do camiño de retorno nominal.Na figura 3, os vias nos extremos das illas terrestres permiten que a corrente inducida flúe cara ao plano de referencia.A distancia entre outras vías na perfusión do chan non debe exceder a décima parte dunha lonxitude de onda para garantir que o chan non se converta nunha estrutura resonante.

Oito regras para axudarche a reducir a RF Circuitos parasitarios de PCB

Figura 3: vías terrestres de nivel superior onde se espallan trazos diferenciais proporcionan vías de fluxo para o fluxo de retorno

Regra 7: non enrutar liñas de RF en avións con ruído
O ton entra no plano de potencia e esténdese por todas partes.Se os tons espurios entran nas fontes de alimentación, os buffers, os mesturadores, os atenuadores e os osciladores, poden modular a frecuencia de interferencia.Do mesmo xeito, cando a enerxía chega á placa, aínda non se baleirou completamente para controlar o circuíto de RF.Debería minimizarse a exposición das liñas de RF aos avións eléctricos, especialmente aos avións eléctricos sen filtrar.


Os grandes avións de potencia adxacentes ao chan crean capacitores integrados de alta calidade que atenúan os sinais parasitos e úsanse en sistemas de comunicación dixitais e nalgúns sistemas de RF.Outro enfoque é usar planos de potencia minimizados, ás veces máis parecidos a trazos gordos que a capas, para que sexa máis fácil que as liñas de RF eviten completamente os avións de potencia.Ambos enfoques son posibles, pero non se deben combinar as peores características dos dous, que é utilizar un pequeno avión eléctrico e encamiñar as liñas de RF por riba.

Regra 8: segue desacoplando preto do dispositivo
O desacoplamento non só axuda a evitar o ruído espúreo fóra do dispositivo, senón que tamén axuda a eliminar os tons xerados no interior do dispositivo que non se acoplan aos planos de potencia.Canto máis preto estean os capacitores de desacoplamento do circuíto de traballo, maior será a eficiencia.O desacoplamento local vese menos perturbado polas impedancias parasitarias das trazas da placa de circuíto, e as trazas máis curtas admiten antenas máis pequenas, reducindo as emisións tonais non desexadas.A colocación do capacitor combina a frecuencia de autorresonancia máis alta, normalmente o valor máis pequeno, o tamaño de caixa máis pequeno, o máis próximo ao dispositivo, e canto máis grande sexa o capacitor, máis afastado do dispositivo.En frecuencias de RF, os capacitores da parte traseira da placa crean inductancias parasitarias do camiño da corda a terra, perdendo gran parte do beneficio da atenuación do ruído.

Resume
Ao avaliar o deseño da placa, podemos descubrir estruturas que poden transmitir ou recibir tons de RF espurios.Traza cada liña, identifica conscientemente o seu camiño de retorno, asegúrate de que poida correr paralela á liña e, sobre todo, comprobe as transicións a fondo.Ademais, illar fontes potenciais de interferencia do receptor.Seguir algunhas regras sinxelas e intuitivas para reducir os sinais espurios pode acelerar o lanzamento do produto e reducir os custos de depuración.