ВЧ печатная плата компоновка для уменьшения паразитных сигналов требует творческого подхода инженера по ВЧ.Помня об этих восьми правилах, вы не только ускорите выход на рынок, но и повысите предсказуемость вашего рабочего графика.


Правило 1: Переходные отверстия заземления должны располагаться на переключателе эталонной плоскости заземления.
Все токи, протекающие по проложенной линии, имеют одинаковую отдачу.Существует множество стратегий соединения, но обратный поток обычно проходит через соседние заземляющие плоскости или заземления, расположенные параллельно сигнальным линиям.Поскольку эталонный уровень продолжается, вся связь ограничивается линией передачи, и все работает отлично.Однако, если маршрутизация сигнала переключается с верхнего уровня на внутренний или нижний уровень, обратный поток также должен получить путь.


Рисунок 1 является примером.Непосредственно под током сигнальной линии верхнего уровня находится обратный поток.При переходе на нижний слой оплавление проходит через близлежащие переходные отверстия.Однако, если поблизости нет переходных отверстий для оплавления, оплавление проходит через ближайшее доступное заземление.Большие расстояния создают токовые петли, образующие катушки индуктивности.Если это нежелательное смещение текущего пути пересекает другую линию, помехи будут более серьезными.Эта токовая петля фактически эквивалентна формированию антенны!

Восемь правил, которые помогут вам уменьшить паразитные ВЧ-цепи на печатных платах

Рис. 1. Сигнальный ток течет от контактов устройства через переходные отверстия к нижним уровням.Перекомпоновка находится под сигналом, прежде чем принудительно перейти к ближайшему переходному отверстию, чтобы перейти на другой опорный слой.

Наземная привязка — лучшая стратегия, но высокоскоростные линии иногда можно размещать на внутренних слоях.Размещение опорных плоскостей заземления выше и ниже очень сложно, и производители полупроводников могут быть ограничены выводами и размещать линии электропередач рядом с высокоскоростными линиями.Если опорный ток необходимо переключать между слоями или цепями, которые не связаны по постоянному току, развязывающие конденсаторы должны быть размещены рядом с точкой переключения.



Правило 2: Соедините контактную площадку устройства с землей верхнего слоя.
Многие устройства используют тепловую заземляющую подкладку на нижней части упаковки устройства.В РЧ-устройствах это обычно электрическое заземление, а соседние контактные площадки имеют множество переходных отверстий заземления.Контактная площадка устройства может быть подключена непосредственно к контакту заземления и подключена к любой медной заливке через заземление верхнего слоя.При наличии нескольких путей обратный поток разделяется пропорционально импедансу пути.Соединение с землей через контактную площадку имеет более короткий путь и более низкий импеданс, чем контактное заземление.


Хорошее электрическое соединение между платой и контактными площадками устройства имеет решающее значение.Во время сборки незаполненные переходные отверстия в массиве печатной платы также могут вытягивать паяльную пасту из устройства, оставляя пустоты.Заполнение сквозных отверстий — хороший способ удержать пайку на месте.Во время оценки также откройте слой паяльной маски, чтобы убедиться, что на плате под устройством нет паяльной маски, так как паяльная маска может поднять устройство или вызвать его качание.

Правило 3: Отсутствие разрыва эталонного слоя

По всему периметру устройства имеются переходные отверстия.Силовые цепи разбиваются для локальной развязки, а затем сводятся к силовой плоскости, часто обеспечивая несколько переходных отверстий для минимизации индуктивности и повышения пропускной способности по току, в то время как шина управления может быть сведена во внутреннюю плоскость.Все это разложение оказывается полностью зажатым возле устройства.


Каждое из этих переходных отверстий создает зону исключения на внутренней заземляющей плоскости, которая больше, чем диаметр самого переходного отверстия, обеспечивая производственный зазор.Эти запретные зоны могут легко вызвать прерывание обратного пути.Еще больше усложняет ситуацию тот факт, что некоторые переходные отверстия расположены близко друг к другу и образуют канавки плоскости земли, которые невидимы для вида CAD верхнего уровня.Рис. 2. Пустоты в плоскости заземления для двух переходных отверстий в плоскости питания могут создавать перекрывающиеся зоны запрета и создавать прерывания на обратном пути.Оплавление может быть отведено только в обход запрещенной зоны заземляющего слоя, что приводит к общей проблеме пути индукции излучения.

Восемь правил, которые помогут вам уменьшить паразитные ВЧ-цепи на печатных платах

Рис. 2. Закрытые области заземляющих пластин вокруг переходных отверстий могут перекрываться, оттесняя обратный поток от пути прохождения сигнала.Даже если перекрытия нет, запретная зона создает неоднородность импеданса в плоскости заземления.

Даже «дружественные» заземляющие переходные отверстия доводят соответствующие металлические площадки до минимальных размеров, требуемых изготовление печатных плат процесс.Отверстия, расположенные очень близко к сигнальным трассам, могут подвергаться эрозии, как если бы пустота в земле верхнего уровня была откушена крысой.Рисунок 2 представляет собой схематическую диаграмму укуса крысы.


Поскольку зона исключения автоматически создается программным обеспечением САПР, а переходные отверстия часто используются на системной плате, во время раннего процесса компоновки почти всегда будут прерываться обратные пути.Отслеживайте каждую высокоскоростную линию во время оценки макета и проверяйте связанные слои оплавления, чтобы избежать прерываний.Хорошей идеей является размещение всех переходных отверстий, которые могут создавать интерференцию на плоскости земли, в любой области ближе к пустоте земли верхнего уровня.

Правило 4: Держите дифференциальные линии дифференциальными
Обратный путь имеет решающее значение для производительности сигнальной линии и должен рассматриваться как часть сигнального пути.В то же время дифференциальные пары, как правило, не имеют жесткой связи, и обратный поток может протекать через соседние слои.Оба возврата должны быть проложены через одинаковые электрические пути.


Ограничения по близости и совместному использованию удерживают обратный поток на одном уровне, даже если две линии дифференциальной пары не сильно связаны.Для действительно низкого уровня паразитных сигналов требуется лучшее согласование.Любые запланированные конструкции, такие как вырезы для заземления под дифференциальные компоненты, должны быть симметричными.Точно так же совпадение длин может создать проблемы с волнистыми линиями на дорожках сигнала.Оплавление не вызывает волнистых проблем.Соответствие длины одной дифференциальной линии должно быть отражено в других дифференциальных линиях.

Правило 5: рядом с сигнальными линиями радиочастоты не должно быть линий синхронизации или управления.
Линии синхронизации и управления иногда можно рассматривать как незначительные соседи, потому что они работают на низких скоростях, даже близких к постоянному току.Однако его характеристики переключения почти прямоугольные, что позволяет воспроизводить уникальные тона на нечетных гармонических частотах.Основная частота излучаемой прямоугольной волны энергии не имеет значения, но ее острые края могут.При проектировании цифровых систем угловая частота позволяет оценить наиболее высокую гармонику частоты, которую необходимо учитывать.Метод расчета: Fknee=0,5/Tr, где Tr — время нарастания.Обратите внимание, что это время нарастания, а не частота сигнала.Однако прямоугольные волны с острыми краями также имеют сильные нечетные гармоники более высокого порядка, которые могут падать только на неправильной частоте и соединяться с радиочастотной линией, нарушая строгие требования к маске передачи.


Линии синхронизации и управления должны быть изолированы от линий радиочастотных сигналов с помощью внутренней заземляющей пластины или заземлителя верхнего уровня.Если невозможно использовать изоляцию заземления, дорожки должны быть проложены так, чтобы они пересекались под прямым углом.Поскольку линии магнитного потока, излучаемые линиями часов или линий управления, будут формировать излучающие контуры столбцов вокруг токов линий помех, они не будут генерировать токи в линиях приемника.Замедление времени нарастания не только снижает угловую частоту, но и помогает уменьшить помехи от источников помех, но линии синхронизации или управления также могут действовать как линии приема.Линия приемника по-прежнему служит проводником паразитных сигналов в устройство.

Правило 6: Используйте землю для изоляции высокоскоростных линий
Микрополосковые и полосковые линии в основном связаны с соседними заземляющими плоскостями.Некоторые линии потока по-прежнему исходят горизонтально и заканчивают соседние трассы.Тон на одной высокоскоростной линии или дифференциальной паре заканчивается на следующей трассе, но перфузия земли на сигнальном слое создает точку окончания с более низким импедансом для линии потока, освобождая соседние трассы от тонов.

Группы трасс, маршрутизируемых устройством распределения тактовых импульсов или синтезатором для передачи одной и той же частоты, могут располагаться рядом друг с другом, поскольку тон помехи уже присутствует в линии приемника.Однако сгруппированные линии в конечном итоге будут рассредоточены.При рассеивании должно быть обеспечено затопление грунта между рассеивающими линиями и переходами в местах начала его рассеивания, чтобы наведенная обратка текла обратно по номинальному возвратному пути.На рис. 3 сквозные отверстия на концах заземляющих островков позволяют индуцированному току течь на опорную плоскость.Расстояние между другими отверстиями на перфузии земли не должно превышать одной десятой длины волны, чтобы земля не стала резонансной структурой.

Восемь правил, которые помогут вам уменьшить RF Паразиты цепи печатной платы

Рис. 3. Наземные переходы верхнего уровня, где разбросаны дифференциальные трассы, обеспечивают пути обратного потока

Правило 7: Не прокладывайте РЧ-линии на шумных силовых плоскостях.
Тон входит в энергетический план и распространяется повсюду.Если паразитные тоны попадают в источники питания, буферы, смесители, аттенюаторы и генераторы, они могут модулировать частоту помех.Точно так же, когда питание достигает платы, оно еще не полностью разряжено для управления радиочастотной схемой.Воздействие на ВЧ-линии силовых плоскостей, особенно нефильтрованных силовых плоскостей, должно быть сведено к минимуму.


Плоскости большой мощности, прилегающие к земле, создают высококачественные встроенные конденсаторы, которые ослабляют паразитные сигналы и используются в цифровых системах связи и некоторых радиочастотных системах.Другой подход заключается в использовании минимизированных плоскостей мощности, иногда больше похожих на жирные следы, чем на слои, чтобы ВЧ-линиям было легче полностью избежать плоскостей мощности.Оба подхода возможны, но их худшие характеристики нельзя комбинировать, а именно использовать плоскость малой мощности и прокладывать ВЧ-линии сверху.

Правило 8: Держите развязку рядом с устройством
Развязка не только помогает предотвратить попадание паразитных шумов в устройство, но также помогает устранить попадание тонов, генерируемых внутри устройства, на силовые плоскости.Чем ближе развязывающие конденсаторы к рабочей схеме, тем выше КПД.На локальную развязку меньше влияют паразитные импедансы дорожек печатной платы, а более короткие дорожки поддерживают антенны меньшего размера, уменьшая нежелательные тональные излучения.Размещение конденсатора сочетает в себе самую высокую собственную резонансную частоту, обычно наименьшее значение, наименьший размер корпуса, ближайший к устройству, и чем больше конденсатор, тем дальше от устройства.На ВЧ-частотах конденсаторы на обратной стороне платы создают паразитные индуктивности в переходном тракте между струной и землей, что снижает большую часть преимущества подавления шума.

Подведем итог
Оценивая компоновку платы, мы можем обнаружить структуры, которые могут передавать или принимать паразитные РЧ-тоны.Проследите каждую линию, сознательно определите ее обратный путь, убедитесь, что она может идти параллельно линии, и особенно тщательно проверьте переходы.Кроме того, изолируйте потенциальные источники помех от приемника.Соблюдение некоторых простых и интуитивно понятных правил для уменьшения паразитных сигналов может ускорить выпуск продукта и снизить затраты на отладку.