RF-printplaat lay-out om stoorsignalen te verminderen vereist de creativiteit van de RF-ingenieur.Door deze acht regels in gedachten te houden, versnelt u niet alleen de time-to-market, maar vergroot u ook de voorspelbaarheid van uw werkschema.


Regel 1: Via's over de grond moeten zich bij de grondreferentievlakschakelaar bevinden
Alle stromen die door de gerouteerde lijn vloeien, hebben een gelijk rendement.Er zijn veel koppelingsstrategieën, maar de retourstroom stroomt meestal door aangrenzende grondvlakken of gronden die parallel aan signaallijnen zijn geplaatst.Terwijl de referentielaag doorgaat, is alle koppeling beperkt tot de transmissielijn en werkt alles prima.Als de signaalroutering echter wordt omgeschakeld van de bovenste laag naar de binnenste of onderste laag, moet de retourstroom ook een pad krijgen.


Afbeelding 1 is een voorbeeld.Direct onder de signaallijnstroom op het hoogste niveau bevindt zich de retourstroom.Wanneer het wordt overgebracht naar de onderste laag, gaat de reflow door nabijgelegen via's.Als er echter geen via's voor reflow in de buurt zijn, gaat de reflow via de dichtstbijzijnde beschikbare grondvia.Grotere afstanden creëren stroomlussen en vormen inductoren.Als deze ongewenste offset van het stroompad een andere lijn overschrijdt, zal de interferentie ernstiger zijn.Deze stroomlus komt eigenlijk overeen met het vormen van een antenne!

Acht regels om u te helpen RF PCB-circuitparasieten te verminderen

Afbeelding 1: Signaalstroom vloeit van apparaatpennen via via's naar lagere lagen.De reflow bevindt zich onder het signaal voordat hij naar de dichtstbijzijnde via wordt gedwongen om naar een andere referentielaag over te schakelen

Grondreferentie is de beste strategie, maar hogesnelheidslijnen kunnen soms op interne lagen worden geplaatst.Het plaatsen van grondreferentievlakken boven en onder is erg moeilijk, en fabrikanten van halfgeleiders kunnen pin-beperkt zijn en hoogspanningslijnen naast hogesnelheidslijnen plaatsen.Als de referentiestroom moet worden geschakeld tussen lagen of netten die niet DC-gekoppeld zijn, moeten ontkoppelingscondensatoren naast het schakelpunt worden geplaatst.



Regel 2: verbind de apparaatpad met de grondlaag van de bovenste laag
Veel apparaten gebruiken een thermisch aardingskussen aan de onderkant van de apparaatverpakking.Op RF-apparaten zijn dit meestal elektrische aardingen en aangrenzende padpunten hebben een reeks aardingsdoorgangen.De device pad kan direct op de aardingspen worden aangesloten en via de bovenste laag aarde op elke koperen gietlaag worden aangesloten.Als er meerdere paden zijn, wordt de retourstroom gesplitst in verhouding tot de padimpedantie.De aardverbinding via de pad heeft een korter en lager impedantiepad dan de penaarde.


Een goede elektrische verbinding tussen het bord en de apparaatpads is van cruciaal belang.Tijdens de montage kunnen ongevulde via's in een via-array van een printplaat ook soldeerpasta uit het apparaat trekken, waardoor er holtes ontstaan.Het opvullen van doorlopende gaten is een goede manier om het solderen op zijn plaats te houden.Open tijdens de evaluatie ook de soldeermaskerlaag om te controleren of er geen soldeermasker op de printplaat onder het apparaat zit, aangezien het soldeermasker het apparaat kan optillen of kan doen wiebelen.

Regel 3: geen opening in de referentielaag

Er zijn via's over de hele omtrek van het apparaat.De vermogensnetten worden afgebroken voor lokale ontkoppeling en vervolgens naar het vermogensvlak, waarbij vaak meerdere via's worden geboden om de inductantie te minimaliseren en de stroomvoerende capaciteit te verbeteren, terwijl de besturingsbus naar het binnenvlak kan gaan.Al deze ontbinding wordt uiteindelijk volledig vastgeklemd in de buurt van het apparaat.


Elk van deze via's creëert een uitsluitingszone op het binnenste grondvlak die groter is dan de diameter van de via zelf, waardoor er ruimte is voor fabricage.Deze uitsluitingszones kunnen gemakkelijk onderbrekingen in het retourpad veroorzaken.Wat de situatie nog ingewikkelder maakt, is het feit dat sommige via's dicht bij elkaar liggen en groeven op het grondvlak vormen die onzichtbaar zijn voor de CAD-weergave op het hoogste niveau.Afbeelding 2. Leegtes op het grondvlak voor twee via's in het stroomvlak kunnen overlappende buitenruimtes creëren en onderbrekingen op het retourpad veroorzaken.De reflow kan alleen worden omgeleid om het verboden gebied van het grondvlak te omzeilen, wat resulteert in het gemeenschappelijke emissie-inductiepadprobleem.

Acht regels om u te helpen RF PCB-circuitparasieten te verminderen

Afbeelding 2: De uitsluitingsgebieden van de grondvlakken rond de via's kunnen elkaar overlappen, waardoor de retourstroom van het signaalpad wordt gedwongen.Zelfs als er geen overlap is, creëert de no-go-zone een impedantie-discontinuïteit van rattenbeet in het grondvlak

Zelfs "vriendelijke" aardingsvia's brengen de bijbehorende metalen pads naar de minimale afmetingen die vereist zijn door de fabricage van printplaten proces.Via's die zich zeer dicht bij signaalsporen bevinden, kunnen erosie ervaren alsof de leegte op het hoogste niveau door een rat is afgebeten.Figuur 2 is een schematisch diagram van een rattenbeet.


Aangezien de uitsluitingszone automatisch wordt gegenereerd door de CAD-software en via's vaak worden gebruikt op het moederbord, zullen er bijna altijd enkele onderbrekingen in het retourpad zijn tijdens het vroege lay-outproces.Traceer elke hogesnelheidslijn tijdens de lay-outevaluatie en controleer de bijbehorende reflow-lagen om onderbrekingen te voorkomen.Het is een goed idee om alle via's te plaatsen die interferentie op het grondvlak kunnen veroorzaken in elk gebied dichter bij de leegte op het hoogste niveau.

Regel 4: houd differentiële lijnen differentieel
Het retourpad is van cruciaal belang voor de prestaties van de signaallijn en moet worden beschouwd als onderdeel van het signaalpad.Tegelijkertijd zijn differentiële paren meestal niet nauw gekoppeld en kan retourstroom door aangrenzende lagen stromen.Beide retouren moeten via gelijke elektrische paden worden geleid.


Nabijheid en ontwerpbeperkingen voor delen houden de retourstroom op dezelfde laag, zelfs wanneer de twee lijnen van het differentiële paar niet nauw met elkaar zijn verbonden.Om stoorsignalen echt laag te houden, is een betere afstemming vereist.Alle geplande constructies, zoals uitsparingen voor grondvlakken onder differentiële componenten, moeten symmetrisch zijn.Evenzo kunnen overeenkomende lengtes problemen veroorzaken met kronkels in de signaalsporen.Reflow veroorzaakt geen golvende problemen.De lengteaanpassing van één differentiële lijn moet worden weerspiegeld in de andere differentiële lijnen.

Regel 5: Geen klok- of besturingslijnen in de buurt van RF-signaallijnen
Klok- en stuurlijnen kunnen soms als onbeduidende buren worden gezien omdat ze op lage snelheden werken, zelfs in de buurt van gelijkstroom.De schakelkarakteristieken zijn echter bijna blokgolf, waardoor unieke tonen met oneven harmonische frequenties worden geproduceerd.De fundamentele frequentie van de uitzendende energie van de blokgolf doet er niet toe, maar de scherpe randen wel.Bij het ontwerp van een digitaal systeem kan de hoekfrequentie de hoogste harmonische frequentie schatten waarmee rekening moet worden gehouden.De berekeningsmethode is: Fknee=0,5/Tr, waarbij Tr de stijgtijd is.Merk op dat het de stijgtijd is, niet de signaalfrequentie.Blokgolven met scherpe randen hebben echter ook sterke oneven harmonischen van hogere orde die alleen op de verkeerde frequentie kunnen vallen en op de RF-lijn kunnen worden gekoppeld, waardoor de strikte vereisten voor transmissiemaskers worden geschonden.


Klok- en besturingslijnen moeten worden geïsoleerd van RF-signaallijnen door middel van een intern aardvlak of een aarding op het hoogste niveau.Als grondisolatie niet kan worden gebruikt, moeten de sporen zo worden geleid dat ze elkaar in een rechte hoek kruisen.Omdat de magnetische fluxlijnen die worden uitgezonden door de klok- of besturingslijnen stralende kolomcontouren zullen vormen rond de stromen van de interferentielijnen, zullen ze geen stromen genereren in de ontvangerlijnen.Door de stijgtijd te vertragen, wordt niet alleen de hoekfrequentie verlaagd, maar wordt ook de interferentie van storende elementen verminderd, maar de klok- of besturingslijnen kunnen ook fungeren als ontvangerlijnen.De ontvangerlijn fungeert nog steeds als een kanaal voor valse signalen naar het apparaat.

Regel 6: Gebruik grond om hogesnelheidslijnen te isoleren
Microstrips en striplijnen zijn meestal gekoppeld aan aangrenzende grondvlakken.Sommige fluxlijnen komen nog steeds horizontaal uit en beëindigen aangrenzende sporen.Een toon op een hogesnelheidslijn of differentieel paar eindigt op het volgende spoor, maar grondperfusie op de signaallaag creëert een eindpunt met een lagere impedantie voor de fluxlijn, waardoor aangrenzende sporen van tonen worden bevrijd.

Clusters van sporen die door een klokdistributie- of synthesizerapparaat worden gerouteerd om dezelfde frequentie te dragen, kunnen naast elkaar lopen omdat de interfererende toon al aanwezig is op de ontvangerlijn.De gegroepeerde lijnen zullen zich uiteindelijk echter verspreiden.Bij het verspreiden moet grondoverstroming worden aangebracht tussen de verspreidingslijnen en via's waar het begint te verspreiden, zodat de geïnduceerde retourstroom terugvloeit langs het nominale retourpad.In figuur 3 laten via's aan de uiteinden van de grondeilanden de geïnduceerde stroom naar het referentievlak stromen.De afstand tussen andere via's op de grondperfusie mag niet groter zijn dan een tiende van een golflengte om ervoor te zorgen dat de grond geen resonerende structuur wordt.

Acht regels om u te helpen RF te verminderen PCB-circuitparasieten

Afbeelding 3: via's op het hoogste niveau waar differentiële sporen verspreid zijn, bieden stroompaden voor retourstroom

Regel 7: Leid geen RF-lijnen op lawaaierige stroomvlakken
De toon komt het vermogensvlak binnen en verspreidt zich overal.Als valse tonen voedingen, buffers, mixers, verzwakkers en oscillatoren binnendringen, kunnen ze de interfererende frequentie moduleren.Evenzo, wanneer de stroom het bord bereikt, is het nog niet volledig geleegd om de RF-circuits aan te drijven.Blootstelling van RF-lijnen aan stroomvliegtuigen, met name ongefilterde stroomvliegtuigen, moet tot een minimum worden beperkt.


Grote vermogensvlakken grenzend aan aarde creëren hoogwaardige ingebedde condensatoren die parasitaire signalen verzwakken en worden gebruikt in digitale communicatiesystemen en sommige RF-systemen.Een andere benadering is het gebruik van geminimaliseerde stroomvlakken, soms meer als dikke sporen dan lagen, zodat het voor RF-lijnen gemakkelijker is om stroomvlakken volledig te vermijden.Beide benaderingen zijn mogelijk, maar de slechtste kenmerken van de twee mogen niet worden gecombineerd, namelijk het gebruik van een klein stroomvlak en de RF-lijnen er bovenop leggen.

Regel 8: Blijf dicht bij het apparaat ontkoppelen
Ontkoppeling helpt niet alleen om storende ruis buiten het apparaat te houden, het helpt ook om te voorkomen dat tonen die in het apparaat worden gegenereerd, worden gekoppeld aan de stroomvlakken.Hoe dichter de ontkoppelingscondensatoren zich bij het werkcircuit bevinden, hoe hoger de efficiëntie.Lokale ontkoppeling wordt minder verstoord door parasitaire impedanties van printplaatsporen, en kortere sporen ondersteunen kleinere antennes, waardoor ongewenste toonemissies worden verminderd.De plaatsing van de condensator combineert de hoogste zelfresonantiefrequentie, meestal de kleinste waarde, de kleinste behuizing, het dichtst bij het apparaat, en hoe groter de condensator, hoe verder weg van het apparaat.Bij RF-frequenties creëren de condensatoren aan de achterkant van het bord parasitaire inductanties van het via string-naar-aarde-pad, waardoor veel van het voordeel van ruisonderdrukking verloren gaat.

Samenvatten
Door de lay-out van het bord te evalueren, kunnen we structuren ontdekken die valse RF-tonen kunnen uitzenden of ontvangen.Traceer elke lijn, identificeer bewust het retourpad, zorg ervoor dat deze parallel aan de lijn kan lopen en controleer vooral de overgangen grondig.Isoleer ook mogelijke storingsbronnen van de ontvanger.Het volgen van enkele eenvoudige en intuïtieve regels om valse signalen te verminderen, kan de productrelease versnellen en de foutopsporingskosten verlagen.