PCB tasarımı hangi frekanslarda zorlaşıyor?

En yüksek frekanslı bileşenin mikrodenetleyicinin kristal osilatörünün kendisi olduğu birçok karışık sinyalli PCB tasarladım. Standart en iyi uygulamaları anlıyorum: kısa izler, zemin düzlemleri, dekuplaj kapakları, koruma halkaları, koruma izleri vb.

Ayrıca 2.4GHz ve ~ 6.5GHz ultra geniş bantta birkaç RF devresi oluşturdum. Karakteristik empedans, zemin dikişi, dengeli ve dengesiz RF besleme hatları ve empedans eşleşmesi çalışma anlayışına sahibim. Bu tasarımları analiz etmek ve ince ayar yapmak için her zaman bir RF mühendisiyle sözleşme yaptım.

Anlamadığım şey, bir alemin diğerine geçmeye başladığı yer. Şu andaki projem, dört cihaz arasında paylaşılan 20MHz SPI veriyoluna sahip ve bu soruyu bana bıraktı. Ancak, gerçekten genel kurallar arıyorum.

1. İzleme uzunluğu ve frekans arasındaki kadar kural var mı? Yaklaşık 3 inç izlerin 20MHz (15 metre) ile iyi olduğunu varsayalım, ancak genel durum nedir?

2. Frekanslar arttıkça, uzun izlerin yayılmasını nasıl önleyebilirim? Striplines ve koaks gitmek yolu var mı?

3. Yine de tipik bir mikroişlemci çıkış aşamasının RF karakteristik empedansı nedir?

4. vb.

Lütfen bana eksik olduğum bir şeyi söylemekten çekinmeyin :)

1. İzleme uzunluğu ve frekans arasındaki kadar kural var mı? Yaklaşık 3 inç izlerin 20MHz (15 metre) ile iyi olduğunu varsayalım, ancak genel durum nedir?

İşimde, kılavuz çizginin elektrik uzunluğu 1/10 dalga boyundan uzunsa, bunu bir iletim hattı olarak değerlendirmeniz gerekir. En azından bu, hattın empedansına uygun bir dirençle sonlandırmanız gerektiği anlamına gelir. Hangi direnç değerini kullanacağınızı nasıl buluyorsunuz? Empedansın tasarım sırasında ne olacağını tahmin edersiniz ve ardından DVT sırasında çalmayı en aza indirmek için değeri ayarlarsınız.

Şimdi, burada 1/10 dalga boyunun gerçek anlamı hakkında bir incelik var. Bir sinüs dalgası için bu çok basittir. Birçok sinirin toplamı olan kare bir dalga için, tahmin ediciniz olarak en yüksek frekans bileşenini kullanmanız gerekir. Karenin köşelerini daha hızlı bir çevirme hızı ile keskinleştirdiğinizde, en hızlı olan sinüsün frekansını arttırırsınız.

Bunun anlamı, dijital bir sinyal için tahrik gücü, hattın elektriksel uzunluğunu doğrudan etkiler. Daha yüksek sürüş kuvveti, çalmayan bir çizgiyi kolayca çevirebilene çevirebilir.

Bir tedarikçi, bize söylemeden bir dijital ara belleğe "iyileştirme" yaptığında bunu zor yoldan öğrendim. Bu değişiklik, dönme hızını arttırdı, bu da halkanın o kadar kötü olmasına neden oldu ki alıcı çip kilitlenmeye başladı. Yıllardır iyi çalışan bir tahta aniden rastgele kilitlenmeye başladı.

1. Frekansa karşı iz uzunluğu - bir IC ile diğeri arasında veri veya taşıyıcı dalgalar göndermek için, kuralların oldukça hoşgörülü olduğunu söyleyebilirim. Önemli miktarlarda üretilebilecek maksimum frekans (belki bir kare dalga için birkaç harmoniğe kadar) sınırlayıcı faktördür ve iz uzunluğunuzun dalga boyunun onda birine "daha az" olması durumunda muhtemelen bir sonlandırıcıyla çalışmak. Biraz daha uzun iz uzunluklarında bile, birkaç on pF'lik bir dizi ve 50 ohm'luk bir seri ile sonlandırabilirsiniz. Bu, 50 ohm'luk bir sonlandırıcının doğrudan bir mantık çizgisi sorununu önler. Farklı devreler için "kurallar" örneğin daha katıdır, bir fotodiyot amplifikatörün 1 GHz'lik bir 3dB bant genişliği olabilir (dalga boyu = 0). 3 m) ve onda biri 30 mm olacaktır - bir fotodiyot amplifikatörün girişinde tamamen feci bir iz uzunluğu ve aynı zamanda hattın indüktansı onu çalıştırmaya çalışırken her türlü gizli sürprize neden olacaktır. Dolayısıyla kurallar ne yapmaya çalıştığınıza bağlı olarak değişir.

Bu yüzden burada sağlam dijital (veya analog) iletim, fotodiyot yükselticileri gibi hassas / zayıf devreler arasında bir ayrım yapıyorum ve örnek olarak 6.5 GHz UWB'nizi kullanacağım - birkaç GHz'de geniş bir ayarlama yapmış olabilir, ancak eğer kHz'den GHz'e kadar lineer bir amplifikatör yapmaya çalışıyordunuz, parazitik transistör kapasitansı ile rezonans eden iz uzunluğu endüktansında problemlere varacaksınız ve bazen dirençleri çok küçük izlere koymak zorunda kalacaksınız; Gerçekten yüksek frekanslarda (ancak sınırlı bant genişliğinde) ne elde edebileceğinize dair "radyo kafam" sayesinde, parazitikleri kendi avantajınıza kullanabileceğiniz, ancak DC'den birkaç GHz'ye kadar geniş bir bant genişliğinde kullanamayacağınız anlamına gelir. Zaten benim için nasıl panikleme eğilimi var.

1. Uzun izlerin yayılması önlenmesi, dengeli izlerle yapılabilir - iki EM alanı (uygun şekilde yapıldığında) iptal ettiğinden uzak alan sıfırdır. Striplines kullanmak bir tekniktir ve sinyal yayılmasını durdurmaz. Coax elbette yapar ve dengeli stripline yapar.
2. Mikro çıkış empedansı, birçok örnekte düşündüğünüz gibi alakalı değildir - 100 MHz'de 10 ohm olduğunu söyleyin - çıktınız 50 ohm'lik bir şerit çizgisinden (veya koaksiyel) aşağı iner ve alıcı uçta sonlandırmanın sağlanması yeterlidir, yansımalar küçültülür. Üniversitede çıktılarının empedans kontrollü olması gerektiğini söylüyorlar ama gerçekte değil.

Güzel bir soru soruyorsun. Birçok yönden bununla aynı soru: 50 empedanslı bir empedansa sahip olan ne tür sinyaller düşünülmelidir?

Cevabımı burada tekrar etmeyeceğim, ama gidip orada okumanı öner. Bu 1) kapsamalıdır.

2) Bir referans düzleminden geçerseniz yayılan izler için endişelenmeyin. Sinyal, düşük empedans bölgesini referans düzlemine yaklaştığında endişelenmeyin. Konektörler, kablolar vb.

3) Bunu bulmak için favori IBIS simülatörünü kullanın. Ve sonlandırma için önemlidir. Çoğu 10-25R aralığındadır - ancak bazılarını asimetrik bile bulabilirsiniz, bu nedenle yüksek taraf ve düşük taraf çıkışı FET'ler size aynı empedansı vermezler.

1) İz uzunluğu - frekans arası kadar kurallar var mı? Yaklaşık 3 inç izlerin 20MHz (15 metre) ile iyi olduğunu varsayalım, ancak genel durum nedir?

Boyutlar> 1/10 dalga boyu en yüksek frekans veya harmonik. Bu, devrenin 2/10 dalga boyunda çalışmayı durduracağı anlamına gelmez. Devrenin ne kadar hassas olduğuna bağlıdır.

2) Frekanslar arttıkça, uzun izlerin yayılmasını nasıl önleyebilirim? Striplines ve koaks gitmek yolu var mı?

İzin yayılacağından endişe ettiğinize bağlı olarak farklı kurallar vardır. Bir RF devresi her zaman yayılır. İzin içinde bulunmayan, izin içinde bulunmayan sinyalleri hayal edin. Bir iz üzerindeki sinyal, yeterince yakınsa, başka bir iz üzerine atlayabilir. Çoğu insan bu kuplajı çağırır. Bağlantıyı en aza indirmek için, izleri en az 2x ayırın (referans düzlemine olan mesafe). İki izin birbirinden izole edilmesini sağlamak için bir viyana duvarı kullanılabilir.

Bir izin devreden ne kadar yayıldığını ve başka bir yere gittiğini en aza indirecek birkaç kural vardır. - Tüm izlerin bir şey olarak sonlandırıldığından emin olun. 1/4 dalga izi, bir ucu açık uçlu ise, iyi bir anten yapar. - Süreksizliklerden kaçının. Bir yolu otoyol olarak düşünün. Eğer 70 mil hızla gidiyorsanız ve 90 derece dönüş yapıyorsanız, yolu takip edemezsiniz. Aynı yüksek frekans sinyalleri için de geçerlidir.

Bir sinyal bir devreden uzağa yayılırsa, metal bir mahfaza ile tutulabilir veya absorbe edilebilir. Şerit çizgisi ve koakside her ikisi de RF sinyalleri içeren metallere sahiptir. Üst kısmı metal bir tabaka olmayan levhalar genellikle metal bir mahfaza ile kaplanır. Tahtadan metal muhafazaya olan mesafe, yayılan sinyalleri azaltmak ve diğer garip şeylerin olmasını önlemek için genellikle 1/2 dalga boyundan daha az yapılır. Ayrıca RF sinyallerini almak için tasarlanmış malzemeler satın alabilirsiniz, böylece her yere sıçramazlar.

4) vs. İzlerinin kalınlığını veya referansa olan mesafesini değiştirerek oynayabileceğiniz eğlenceli oyunlar var. Daha geniş bir çizgi etkili şekilde daha kısa görünür, ancak dar bir çizgi endüktif görünür ve kapasitif cihazları iptal etmek için kullanılabilir.