RF PCB-kort layout för att minska falska signaler kräver RF-ingenjörens kreativitet.Att hålla dessa åtta regler i åtanke kommer inte bara att hjälpa till att snabba upp tiden till marknaden, utan också öka förutsägbarheten i ditt arbetsschema.


Regel 1: Jordvägar bör placeras vid jordreferensplansbrytaren
Alla strömmar som flyter genom den dragna linjen har lika retur.Det finns många kopplingsstrategier, men returflödet flyter vanligtvis genom intilliggande jordplan eller jordar placerade parallellt med signalledningar.När referensskiktet fortsätter är all koppling begränsad till transmissionsledningen och allt fungerar perfekt.Men om signaldirigeringen växlas från det översta lagret till det inre eller nedre lagret måste även returflödet få en väg.


Figur 1 är ett exempel.Omedelbart under toppnivåsignalledningsströmmen finns returflödet.När det överförs till bottenskiktet går återflödet genom närliggande vias.Men om det inte finns några viaor för återflöde i närheten går återflödet genom närmaste tillgängliga markvia.Större avstånd skapar strömslingor som bildar induktorer.Om denna oönskade strömvägsförskjutning råkar korsa en annan linje, kommer störningen att bli allvarligare.Denna strömslinga motsvarar faktiskt att bilda en antenn!

Åtta regler som hjälper dig att minska parasiter i RF PCB-kretsar

Figur 1: Signalström flyter från enhetens stift genom vior till lägre lager.Återflödet är under signalen innan det tvingas till närmaste via för att byta till ett annat referensskikt

Markreferenser är den bästa strategin, men höghastighetslinjer kan ibland placeras på interna lager.Det är mycket svårt att placera markreferensplan över och under, och halvledartillverkare kan vara stiftbegränsade och placera kraftledningar bredvid höghastighetsledningar.Om referensströmmen behöver växlas mellan lager eller nät som inte är DC-kopplade, bör avkopplingskondensatorer placeras bredvid kopplingspunkten.



Regel 2: Anslut enhetsplattan till det översta lagrets jord
Många enheter använder en termisk jordplatta på undersidan av enhetspaketet.På RF-enheter är dessa vanligtvis elektriska jordar, och intilliggande padpunkter har en rad jordvias.Enhetsplattan kan anslutas direkt till jordstiftet och anslutas till valfritt kopparflöde genom det översta lagrets jord.Om det finns flera vägar delas returflödet proportionellt mot vägimpedansen.Jordanslutningen genom dynan har en kortare och lägre impedansväg än stiftjorden.


En bra elektrisk anslutning mellan kortet och enhetens kuddar är avgörande.Under monteringen kan ofyllda vior i ett kretskort via array också dra ut lödpasta från enheten och lämna tomrum.Att fylla genom hål är ett bra sätt att hålla lödningen på plats.Öppna även lödmaskskiktet under utvärderingen för att verifiera att det inte finns någon lödmask på kortets mark under enheten, eftersom lödmasken kan lyfta enheten eller få den att vingla.

Regel 3: Inget referensskiktsgap

Det finns viaor över hela enhetens omkrets.Kraftnäten bryts ner för lokal frånkoppling och sedan ner till kraftplanet, vilket ofta tillhandahåller flera vias för att minimera induktansen och förbättra strömförande kapacitet, medan styrbussen kan vara nere i det inre planet.All denna nedbrytning slutar med att vara helt fastklämd nära enheten.


Var och en av dessa vior skapar en uteslutningszon på det inre jordplanet som är större än själva vians diameter, vilket ger tillverkningsavstånd.Dessa uteslutningszoner kan lätt orsaka avbrott i returvägen.Ytterligare komplicerar situationen är det faktum att vissa vias är nära varandra och bildar jordplansgravar som är osynliga för CAD-vyn på toppnivå.Figur 2. Tomrum i jordplanet för två kraftplansvias kan skapa överlappande håll utanför områden och skapa avbrott på returvägen.Återflödet kan endast avledas för att kringgå det förbjudna området av jordplanet, vilket resulterar i det vanliga problemet med emissionsinduktionsvägen.

Åtta regler som hjälper dig att minska parasiter i RF PCB-kretsar

Figur 2: Uthållningsområdena för jordplanen runt viaerna kan överlappa varandra, vilket tvingar returflödet bort från signalvägen.Även om det inte finns någon överlappning skapar no-go-zonen en råttbettsimpedansdiskontinuitet i jordplanet

Även "vänliga" markvägar för de tillhörande metallkuddarna till de minimimått som krävs av tillverkning av tryckta kretskort bearbeta.Vias mycket nära signalspår kan uppleva erosion som om det översta markhålet hade bitits av en råtta.Figur 2 är ett schematiskt diagram av ett råttbett.


Eftersom exkluderingszonen genereras automatiskt av CAD-programvaran och vias ofta används på moderkortet, kommer det nästan alltid att finnas några returvägavbrott under den tidiga layoutprocessen.Spåra varje höghastighetslinje under layoututvärderingen och kontrollera de associerade återflödeslagren för att undvika avbrott.Det är en bra idé att placera alla vias som kan skapa störningar från jordplanet i vilket område som helst närmare markhålet på översta nivån.

Regel 4: Behåll differentiallinjerna differentiella
Returvägen är avgörande för signallinjens prestanda och bör betraktas som en del av signalvägen.Samtidigt är differentialpar vanligtvis inte tätt kopplade, och returflödet kan flöda genom intilliggande lager.Båda returerna måste dirigeras genom lika elektriska vägar.


Närhets- och delningsdesignbegränsningar håller returflödet på samma lager även när de två linjerna i differentialparet inte är tätt kopplade.För att verkligen hålla låga falska signaler krävs bättre matchning.Eventuella planerade strukturer såsom utskärningar för jordplan under differentialkomponenter bör vara symmetriska.Likaså kan matchande längder skapa problem med squiggles i signalspåren.Återflöde orsakar inte vågiga problem.Längdmatchningen av en differentiallinje bör återspeglas i de andra differentiallinjerna.

Regel 5: Ingen klocka eller kontrollledningar nära RF-signallinjer
Klock- och styrledningar kan ibland ses som obetydliga grannar eftersom de fungerar i låga hastigheter, även nära DC.Emellertid är dess omkopplingsegenskaper nästan fyrkantiga, vilket ger unika toner vid udda harmoniska frekvenser.Grundfrekvensen för fyrkantvågens emitterande energi spelar ingen roll, men dess skarpa kanter kan.I digital systemdesign kan hörnfrekvensen uppskatta den högsta frekvensövertonen som måste beaktas.Beräkningsmetoden är: Fknee=0,5/Tr, där Tr är stigtiden.Observera att det är stigtiden, inte signalfrekvensen.Men skarpkantade fyrkantvågor har också starka udda övertoner av högre ordning som bara kan falla vid fel frekvens och kopplas till RF-linjen, vilket bryter mot strikta krav på transmissionsmasker.


Klock- och kontrollledningar bör isoleras från RF-signalledningar med ett internt jordplan eller jordhäll på toppnivå.Om markisolering inte kan användas ska spåren dras så att de korsar i rät vinkel.Eftersom de magnetiska flödeslinjerna som emitteras av klockan eller styrledningarna kommer att bilda strålande kolumnkonturer runt strömmarna i störledningarna, kommer de inte att generera strömmar i mottagarledningarna.Att sakta ner stigtiden minskar inte bara hörnfrekvensen utan hjälper också till att minska störningar från störande kretsar, men klockan eller styrledningarna kan också fungera som mottagarlinjer.Mottagarledningen fungerar fortfarande som en kanal för falska signaler in i enheten.

Regel 6: Använd mark för att isolera höghastighetslinjer
Mikrostrips och striplines är oftast kopplade till intilliggande jordplan.Vissa flödeslinjer emanerar fortfarande horisontellt och avslutar intilliggande spår.En ton på en höghastighetslinje eller differentialpar avslutas på nästa spår, men markperfusion på signalskiktet skapar en lägre impedanstermineringspunkt för flödeslinjen, vilket frigör angränsande spår från toner.

Kluster av spår som dirigerats av en klockdistributions- eller synthesizeranordning för att bära samma frekvens kan köras bredvid varandra eftersom störtonen redan finns på mottagarlinjen.De grupperade linjerna kommer dock så småningom att spridas ut.Vid spridning bör marköversvämning anordnas mellan spridningsledningarna och viaorna där den börjar spridas så att den inducerade returen strömmar tillbaka längs den nominella returvägen.I figur 3 tillåter vior vid ändarna av jordöarna den inducerade strömmen att flyta på referensplanet.Avståndet mellan andra vias på markens perfusion bör inte överstiga en tiondel av en våglängd för att säkerställa att marken inte blir en resonansstruktur.

Åtta regler som hjälper dig att minska RF PCB Circuit Parasiter

Figur 3: Markvias på översta nivå där differentiella spår är utspridda ger flödesvägar för returflöde

Regel 7: Dra inte RF-linjer på bullriga kraftplan
Tonen kommer in i kraftplanet och den sprider sig överallt.Om falska toner kommer in i nätaggregat, buffertar, mixrar, dämpare och oscillatorer, kan de modulera störningsfrekvensen.På samma sätt, när ström når kortet, har det ännu inte tömts helt för att driva RF-kretsen.Exponering av RF-ledningar för kraftplan, särskilt ofiltrerade kraftplan, bör minimeras.


Stora kraftplan i anslutning till jord skapar inbyggda kondensatorer av hög kvalitet som dämpar parasitsignaler och används i digitala kommunikationssystem och vissa RF-system.Ett annat tillvägagångssätt är att använda minimerade kraftplan, ibland mer som fettspår än lager, så att det är lättare för RF-linjer att helt undvika kraftplan.Båda tillvägagångssätten är möjliga, men de värsta egenskaperna hos de två får inte kombineras, vilket är att använda ett litet kraftplan och dirigera RF-ledningarna ovanpå.

Regel 8: Fortsätt att koppla från enheten nära enheten
Frånkoppling hjälper inte bara till att hålla falskt brus borta från enheten, det hjälper också till att eliminera toner som genereras inuti enheten från att kopplas till kraftplanen.Ju närmare frånkopplingskondensatorerna är arbetskretsen, desto högre effektivitet.Lokal frånkoppling störs mindre av parasitiska impedanser av kretskortsspår, och kortare spår stöder mindre antenner, vilket minskar oönskade tonala emissioner.Kondensatorplacering kombinerar den högsta självresonansfrekvensen, vanligtvis det minsta värdet, minsta höljesstorlek, närmast enheten, och ju större kondensatorn är, desto längre bort från enheten.Vid RF-frekvenser skapar kondensatorerna på baksidan av kortet parasitiska induktanser för via sträng-till-jord-banan, vilket förlorar mycket av fördelen med brusdämpning.

Sammanfatta
Genom att utvärdera kortlayouten kan vi upptäcka strukturer som kan sända eller ta emot falska RF-toner.Spåra varje linje, identifiera medvetet dess returväg, se till att den kan löpa parallellt med linjen och kontrollera särskilt övergångarna noggrant.Isolera även potentiella störningskällor från mottagaren.Att följa några enkla och intuitiva regler för att minska falska signaler kan påskynda produktlanseringen och minska felsökningskostnaderna.