Bảng PCB RF cách bố trí để giảm tín hiệu giả đòi hỏi sự sáng tạo của kỹ sư RF.Ghi nhớ tám quy tắc này sẽ không chỉ giúp đẩy nhanh thời gian đưa sản phẩm ra thị trường mà còn tăng khả năng dự đoán lịch làm việc của bạn.


Quy tắc 1: Vias nối đất phải được đặt tại công tắc mặt phẳng tham chiếu nối đất
Tất cả các dòng điện chạy qua đường dây được định tuyến đều có trở lại bằng nhau.Có nhiều chiến lược ghép nối, nhưng dòng hồi lưu thường chảy qua các mặt đất liền kề hoặc các mặt đất được đặt song song với các đường tín hiệu.Khi lớp tham chiếu tiếp tục, tất cả các khớp nối được giới hạn trong đường truyền và mọi thứ hoạt động hoàn toàn tốt.Tuy nhiên, nếu định tuyến tín hiệu được chuyển từ lớp trên cùng sang lớp bên trong hoặc lớp dưới cùng, thì luồng trở lại cũng phải có một đường dẫn.


Hình 1 là một ví dụ.Ngay bên dưới dòng tín hiệu cấp cao nhất là dòng quay trở lại.Khi nó chuyển xuống lớp dưới cùng, dòng chảy lại sẽ đi qua các via gần đó.Tuy nhiên, nếu không có vias để chỉnh lại dòng gần đó, thì dòng chỉnh lại sẽ đi qua mặt đất có sẵn gần nhất thông qua.Khoảng cách lớn hơn tạo ra các vòng hiện tại, tạo thành cuộn cảm.Nếu độ lệch đường dẫn hiện tại không mong muốn này xảy ra để vượt qua một đường khác, nhiễu sẽ nghiêm trọng hơn.Vòng lặp hiện tại này thực sự tương đương với việc tạo thành một ăng-ten!

Tám quy tắc giúp bạn giảm ký sinh trùng mạch RF PCB

Hình 1: Dòng tín hiệu đi từ chân thiết bị qua vias xuống các tầng thấp hơn.Dòng chảy lại nằm dưới tín hiệu trước khi bị buộc đến gần nhất thông qua để thay đổi sang một lớp tham chiếu khác

Tham chiếu mặt đất là chiến lược tốt nhất, nhưng đôi khi các đường tốc độ cao có thể được đặt trên các lớp bên trong.Việc đặt các mặt phẳng tham chiếu mặt đất bên trên và bên dưới là rất khó và các nhà sản xuất chất bán dẫn có thể bị hạn chế về chốt và đặt các đường dây điện bên cạnh các đường dây tốc độ cao.Nếu dòng điện tham chiếu cần được chuyển đổi giữa các lớp hoặc lưới không được ghép nối DC, thì nên đặt các tụ tách rời bên cạnh điểm chuyển đổi.



Quy tắc 2: Kết nối miếng đệm thiết bị với mặt đất của lớp trên cùng
Nhiều thiết bị sử dụng một miếng nối đất nhiệt ở dưới cùng của gói thiết bị.Trên các thiết bị RF, đây thường là các điểm nối đất và các điểm đệm liền kề có một dãy các đường nối đất.Tấm đệm thiết bị có thể được kết nối trực tiếp với chốt tiếp đất và kết nối với bất kỳ đồng nào đổ qua lớp tiếp đất trên cùng.Nếu có nhiều đường dẫn, dòng hồi lưu được chia tỷ lệ thuận với trở kháng đường dẫn.Kết nối mặt đất thông qua miếng đệm có đường dẫn trở kháng ngắn hơn và thấp hơn so với mặt đất pin.


Một kết nối điện tốt giữa bo mạch và miếng đệm thiết bị là rất quan trọng.Trong quá trình lắp ráp, các vias không được lấp đầy trong bảng mạch thông qua mảng cũng có thể hút keo hàn ra khỏi thiết bị, để lại các khoảng trống.Lấp đầy các lỗ là một cách tốt để giữ hàn tại chỗ.Trong quá trình đánh giá, đồng thời mở lớp mặt nạ hàn để xác minh rằng không có mặt nạ hàn trên mặt đất bo mạch bên dưới thiết bị, vì mặt nạ hàn có thể nhấc thiết bị lên hoặc khiến thiết bị bị lung lay.

Quy tắc 3: Không có khoảng cách lớp tham chiếu

Có vias trên toàn bộ chu vi thiết bị.Lưới điện được chia nhỏ để tách cục bộ rồi xuống mặt phẳng nguồn, thường cung cấp nhiều vias để giảm thiểu độ tự cảm và cải thiện khả năng mang dòng điện, trong khi thanh điều khiển có thể đi xuống mặt phẳng bên trong.Tất cả sự phân hủy này cuối cùng được kẹp hoàn toàn gần thiết bị.


Mỗi vias này tạo ra một vùng loại trừ trên mặt nền bên trong lớn hơn đường kính của chính vias đó, tạo ra khoảng hở sản xuất.Các khu vực loại trừ này có thể dễ dàng gây ra sự gián đoạn trong đường dẫn trở lại.Làm phức tạp thêm tình hình là thực tế là một số vias ở gần nhau và tạo thành các rãnh trên mặt đất mà chế độ xem CAD cấp cao nhất không nhìn thấy được.Hình 2. Các khoảng trống của mặt đất đối với hai vias mặt phẳng nguồn có thể tạo ra các khu vực tránh chồng chéo và tạo ra sự gián đoạn trên đường quay trở lại.Dòng phản xạ chỉ có thể được chuyển hướng để bỏ qua khu vực cấm của mặt đất, dẫn đến vấn đề đường cảm ứng phát xạ chung.

Tám quy tắc giúp bạn giảm ký sinh trùng mạch RF PCB

Hình 2: Các khu vực tránh xa của các mặt đất xung quanh vias có thể chồng lên nhau, buộc dòng hồi lưu ra khỏi đường dẫn tín hiệu.Ngay cả khi không có sự chồng chéo, vùng cấm đi sẽ tạo ra sự gián đoạn trở kháng chuột cắn trong mặt phẳng nền

Ngay cả vias tiếp đất "thân thiện" cũng đưa các miếng đệm kim loại liên quan đến kích thước tối thiểu theo yêu cầu của sản xuất bảng mạch in quá trình.Vias rất gần với dấu vết tín hiệu có thể bị xói mòn như thể khoảng trống trên mặt đất cấp cao nhất đã bị chuột cắn.Hình 2 là sơ đồ vết cắn của chuột.


Vì vùng loại trừ được tạo tự động bởi phần mềm CAD và vias thường được sử dụng trên bo mạch hệ thống nên hầu như sẽ luôn có một số gián đoạn đường dẫn trở lại trong quá trình bố trí ban đầu.Theo dõi từng đường tốc độ cao trong quá trình đánh giá bố cục và kiểm tra các lớp chỉnh lại dòng liên quan để tránh bị gián đoạn.Đó là một ý tưởng tốt để đặt tất cả các vias có thể tạo ra sự can thiệp của mặt phẳng mặt đất ở bất kỳ khu vực nào gần khoảng trống trên mặt đất ở mức cao nhất.

Quy tắc 4: Giữ cho các đường vi phân khác nhau
Đường dẫn trở lại rất quan trọng đối với hiệu suất của đường tín hiệu và nên được coi là một phần của đường dẫn tín hiệu.Đồng thời, các cặp vi sai thường không được kết hợp chặt chẽ và dòng hồi lưu có thể chảy qua các lớp liền kề.Cả hai lần quay trở lại phải được định tuyến thông qua các đường dẫn điện bằng nhau.


Các ràng buộc thiết kế gần và chia sẻ giữ cho dòng hồi lưu trên cùng một lớp ngay cả khi hai dòng của cặp vi sai không được kết hợp chặt chẽ.Để thực sự giữ tín hiệu giả ở mức thấp, cần phải kết hợp tốt hơn.Bất kỳ cấu trúc được lên kế hoạch nào, chẳng hạn như các đường cắt cho mặt phẳng nền dưới các bộ phận vi sai phải đối xứng.Tương tự như vậy, độ dài phù hợp có thể tạo ra vấn đề với các đường ngoằn ngoèo trong dấu vết tín hiệu.Reflow không gây ra vấn đề lượn sóng.Độ dài phù hợp của một đường vi phân sẽ được phản ánh trong các đường vi phân khác.

Quy tắc 5: Không có dây đồng hồ hoặc dây điều khiển nào gần dây tín hiệu RF
Các đường đồng hồ và điều khiển đôi khi có thể được coi là hàng xóm không đáng kể vì chúng hoạt động ở tốc độ thấp, thậm chí gần bằng DC.Tuy nhiên, các đặc tính chuyển mạch của nó gần như là sóng vuông, tạo ra các âm độc nhất ở các tần số hài lẻ.Tần số cơ bản của năng lượng phát ra của sóng vuông không thành vấn đề, nhưng các cạnh sắc nét của nó thì có thể.Trong thiết kế hệ thống kỹ thuật số, tần số góc có thể ước tính sóng hài tần số cao nhất phải được xem xét.Phương pháp tính toán là: Fknee=0,5/Tr, trong đó Tr là thời gian tăng.Lưu ý rằng đó là thời gian tăng, không phải tần số tín hiệu.Tuy nhiên, sóng vuông có cạnh sắc nét cũng có các sóng hài bậc cao mạnh có thể chỉ giảm ở tần số sai và kết hợp với đường RF, vi phạm các yêu cầu nghiêm ngặt về mặt nạ truyền dẫn.


Các đường đồng hồ và điều khiển phải được cách ly với các đường tín hiệu RF bằng một mặt phẳng nối đất bên trong hoặc đổ đất ở mức cao nhất.Nếu không thể sử dụng cách ly mặt đất, các dấu vết phải được định tuyến sao cho chúng giao nhau ở các góc vuông.Bởi vì các đường từ thông do đồng hồ hoặc các đường điều khiển phát ra sẽ tạo thành các đường viền cột bức xạ xung quanh dòng điện của các đường giao thoa, chúng sẽ không tạo ra dòng điện trong các đường thu.Làm chậm thời gian tăng không chỉ làm giảm tần số góc mà còn giúp giảm nhiễu do nhiễu, ngoài ra xung nhịp hoặc các đường điều khiển cũng có thể đóng vai trò là các đường thu.Đường thu vẫn hoạt động như một ống dẫn tín hiệu giả vào thiết bị.

Quy tắc 6: Dùng đất cách ly đường cao tốc
Microstrips và striplines hầu hết được ghép nối với các mặt đất liền kề.Một số dòng thông lượng vẫn phát ra theo chiều ngang và chấm dứt các dấu vết liền kề.Một âm trên một đường truyền tốc độ cao hoặc một cặp vi sai kết thúc ở dấu vết tiếp theo, nhưng sự tưới máu mặt đất trên lớp tín hiệu tạo ra một điểm kết thúc trở kháng thấp hơn cho đường thông lượng, giải phóng các dấu vết liền kề khỏi các âm.

Các cụm dấu vết được định tuyến bởi thiết bị phân phối đồng hồ hoặc bộ tổng hợp để mang cùng tần số có thể chạy cạnh nhau vì âm gây nhiễu đã có trên đường thu.Tuy nhiên, các dòng được nhóm cuối cùng sẽ lan rộng ra.Khi phân tán, lũ lụt trên mặt đất phải được cung cấp giữa các đường phân tán và vias nơi nó bắt đầu phân tán để dòng hồi lưu cảm ứng chảy ngược lại dọc theo đường hồi lưu danh nghĩa.Trong Hình 3, vias ở cuối các đảo nối đất cho phép dòng điện cảm ứng chạy trên mặt phẳng tham chiếu.Khoảng cách giữa các vias khác trên mặt đất không được vượt quá 1/10 bước sóng để đảm bảo rằng mặt đất không trở thành cấu trúc cộng hưởng.

Tám quy tắc giúp bạn giảm RF Ký sinh trùng mạch PCB

Hình 3: Vias mặt đất cấp cao nhất nơi các dấu vết vi sai nằm rải rác cung cấp các đường dẫn dòng chảy cho dòng chảy trở lại

Quy tắc 7: Không định tuyến các đường RF trên các mặt phẳng nguồn ồn ào
Giai điệu đi vào mặt phẳng quyền lực và nó lan tỏa khắp nơi.Nếu các âm giả đi vào nguồn điện, bộ đệm, bộ trộn, bộ suy giảm và bộ tạo dao động, chúng có thể điều chỉnh tần số gây nhiễu.Tương tự như vậy, khi nguồn điện đến bo mạch, nó vẫn chưa được làm trống hoàn toàn để điều khiển mạch RF.Nên giảm thiểu việc các đường RF tiếp xúc với các mặt phẳng nguồn, đặc biệt là các mặt phẳng nguồn chưa được lọc.


Các mặt phẳng công suất lớn tiếp giáp với mặt đất tạo ra các tụ điện nhúng chất lượng cao làm suy giảm tín hiệu ký sinh và được sử dụng trong các hệ thống truyền thông kỹ thuật số và một số hệ thống RF.Một cách tiếp cận khác là sử dụng các mặt phẳng công suất tối thiểu, đôi khi giống như các dấu vết béo hơn là các lớp, để các đường RF dễ dàng tránh hoàn toàn các mặt phẳng công suất hơn.Cả hai cách tiếp cận đều có thể thực hiện được, nhưng không được kết hợp các đặc điểm tồi tệ nhất của cả hai, đó là sử dụng một mặt phẳng công suất nhỏ và định tuyến các đường RF lên trên.

Quy tắc 8: Tiếp tục tách rời gần thiết bị
Việc tách rời không chỉ giúp loại bỏ tiếng ồn giả ra khỏi thiết bị mà còn giúp loại bỏ các âm thanh được tạo ra bên trong thiết bị khỏi khớp nối với các mặt phẳng nguồn.Các tụ tách rời càng gần mạch làm việc thì hiệu suất càng cao.Việc tách rời cục bộ ít bị xáo trộn bởi các trở kháng ký sinh của dấu vết bảng mạch và các dấu vết ngắn hơn hỗ trợ ăng-ten nhỏ hơn, giảm phát xạ âm không mong muốn.Vị trí đặt tụ điện kết hợp tần số tự cộng hưởng cao nhất, thường có giá trị nhỏ nhất, kích thước hộp nhỏ nhất, gần thiết bị nhất và tụ điện càng lớn thì càng xa thiết bị.Ở tần số RF, các tụ điện ở mặt sau của bo mạch tạo ra các cuộn cảm ký sinh của đường truyền từ dây xuống đất, làm mất đi nhiều lợi ích giảm nhiễu.

tóm tắt
Bằng cách đánh giá cách bố trí bảng, chúng tôi có thể phát hiện ra các cấu trúc có thể truyền hoặc nhận âm RF giả.Theo dõi từng dòng, xác định một cách có ý thức đường quay trở lại của nó, đảm bảo rằng nó có thể chạy song song với dòng và đặc biệt là kiểm tra kỹ lưỡng các chuyển đổi.Ngoài ra, hãy cách ly các nguồn gây nhiễu tiềm ẩn khỏi máy thu.Tuân theo một số quy tắc đơn giản và trực quan để giảm tín hiệu giả có thể tăng tốc độ phát hành sản phẩm và giảm chi phí gỡ lỗi.