Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Entwurfsschema der Zuverlässigkeit der Leiterplatte für Mobiltelefone
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Entwurfsschema der Zuverlässigkeit der Leiterplatte für Mobiltelefone

2022-03-30
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Author:pcb

RF Leiterplatte Design wird aufgrund theoretischer Unsicherheiten oft als "schwarze Kunst" bezeichnet, aber diese Ansicht ist nur teilweise wahr. RF Board Design hat viele Regeln, die befolgt werden können und Regeln, die nicht ignoriert werden sollten. Allerdings, im praktischen Design, Die wirklich nützliche Technik ist, wie man diese Prinzipien und Gesetze kompromittieren kann, wenn sie aufgrund verschiedener Designbeschränkungen nicht genau umgesetzt werden können.. Natürlich, Es gibt viele wichtige HF-Designthemen, die es zu diskutieren gilt, einschließlich Impedanz- und Impedanzanpassung, Isolierschichtmaterialien und Laminate, und Wellenlänge und stehende Welle, So haben diese einen großen Einfluss auf die EMV und EMI von Mobiltelefonen.

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1. Isolate high power RF amplifier (HPA) and low noise amplifier (LNA) as far as possible. Kurz gesagt, Lassen Sie HF-Sendeschaltung der hohen Leistung weg von HF-Empfangsschaltung der niedrigen Leistung. Handy Features mehr, viele Komponenten, aber die Leiterplatte Platz ist klein, unter Berücksichtigung des Entwurfsprozesses der Verdrahtungsgrenze, Alle diese Anforderungen an Design Skills sind relativ hoch. An diesem Punkt, Sie können vier bis sechs PCB-Schichten entwerfen, um abwechselnd zu arbeiten, statt gleichzeitig. High power circuits may also sometimes include RF Puffer and voltage controlled oscillators (VCO). Stellen Sie sicher, dass sich mindestens eine ganze Etage des Hochleistungsbereichs auf der Leiterplatte ohne Löcher befindet. Natürlich, Je mehr Kupferhaut, desto besser. Empfindliche analoge Signale sollten so weit wie möglich von digitalen Hochgeschwindigkeitssignalen und HF-Signalen ferngehalten werden.

2. Entwurfszonen können in physikalische Zonen und elektrische Zonen unterteilt werden. Physische Partitionierung beinhaltet hauptsächlich das Layout von Komponenten, Ausrichtung und Abschirmung, etc. Elektrische Trennwände können weiterhin in Trennwände für die Energieverteilung zerlegt werden, HF-Verkabelung, empfindliche Schaltungen und Signale, und Erdung.
2.1 Wir diskutieren physische Partitionierung. Das Bauteillayout ist der Schlüssel zur Implementierung eines HF-Designs. Die effektive Technik besteht darin, zuerst die Komponenten auf dem HF-Pfad zu fixieren und sie so auszurichten, dass die Länge des HF-Weges so reduziert wird, dass der Eingang weit vom Ausgang entfernt ist und die Hochleistungs- und Low-Power-Schaltungen so weit wie möglich getrennt werden. An efficient way to stack circuit boards is to place the main ground floor (the main ground) on the second layer below the surface, mit HF-Linien auf der Oberfläche so weit wie möglich. Die Reduzierung der Durchgangslöcher im HF-Pfad reduziert nicht nur die Weginduktivität, aber reduziert auch virtuelle Lötstellen auf dem Hauptgrund und die Wahrscheinlichkeit von HF-Energieleckagen in andere Bereiche innerhalb des Laminats. Im physischen Raum, Lineare Schaltungen wie mehrstufige Verstärker sind in der Regel ausreichend, um mehrere HF-Bereiche voneinander zu isolieren, aber Diplexer, Mischer, und IF-Verstärker/Mischer haben immer mehrere HF/IF-Signale, die sich gegenseitig stören, Daher muss dieser Effekt sorgfältig auf.

2.2 RF und IF sollten so weit wie möglich überschritten werden, und soweit wie möglich voneinander getrennt. Der richtige HF-Pfad ist sehr wichtig für die Leistung der gesamten Leiterplatte, Deshalb nimmt das Bauteillayout in der Regel die meiste Zeit im mobilen Leiterplattendesign in Anspruch. In Handy PCB Designs, Es ist normalerweise möglich, die rauscharme Verstärkerschaltung auf einer Seite der Leiterplatte und den Hochleistungsverstärker auf der anderen Seite zu platzieren, und schließlich verbinden Sie sie mit der HF- und Basisband-Prozessorantenne auf der gleichen Seite durch einen Dipper. Einige Tricks sind erforderlich, um sicherzustellen, dass gerade Durchgangslöcher keine HF-Energie von einer Seite des Boards auf die andere übertragen, und eine gängige Technik ist, blinde Löcher auf beiden Seiten zu verwenden. Die negativen Auswirkungen von geraden Durchgangslöchern können auf ein Minimum reduziert werden, indem gerade Durchgangslöcher in Bereichen auf beiden Seiten der Leiterplatte angeordnet werden, die frei von HF-Störungen sind. Manchmal ist es nicht möglich, eine ausreichende Trennung zwischen mehreren Schaltungsblöcken zu gewährleisten, In diesem Fall muss ein Metallschild berücksichtigt werden, um HF-Energie innerhalb des HF-Bereichs abzuschirmen. Das Metallschild muss an den Boden verkauft und in einem angemessenen Abstand zu den Komponenten gehalten werden, so wertvollen Platz auf der Leiterplatte einnehmen. Es ist sehr wichtig, die Integrität der Schirmabdeckung so weit wie möglich zu gewährleisten. Die digitale Signalleitung, die in die Metallschutzabdeckung eintritt, sollte so weit wie möglich durch die innere Schicht gehen, und die Leiterplatte Unter der Verdrahtungsschicht befindet sich die Schicht. HF-Signalleitung kann aus dem kleinen Spalt an der Unterseite der Metallschildabdeckung und der Verdrahtungsschicht des Spalts ausgehen, aber um die Lücke so viel wie möglich, um etwas Boden zu decken, Der Boden auf verschiedenen Schichten kann durch mehrere Löcher verbunden werden.

2.3 Die richtige und effektive Entkopplung der Chipleistung ist auch sehr wichtig. Viele HF-Chips mit integrierten linearen Schaltungen sind sehr empfindlich gegenüber Stromquellenrauschen, und normalerweise benötigt jeder Chip bis zu vier Kondensatoren und eine isolierende Induktivität, um sicherzustellen, dass das gesamte Rauschen der Stromquelle gefiltert wird. Eine integrierte Schaltung oder ein Verstärker hat oft einen offenen Drain-Ausgang, So wird ein Pull-up Induktor benötigt, um eine hochohmige HF-Last und eine niederohmige DC-Stromversorgung bereitzustellen. Dasselbe Prinzip gilt für die Entkopplung der Stromversorgung am Induktorende. Einige Chips benötigen mehr Energie zu arbeiten, Sie benötigen möglicherweise zwei oder drei Sätze von Kapazität und Induktivität, um sie zu entkoppeln., wenige Induktivitäten parallel zueinander, weil dies einen Rohrtransformator und ein gegenseitiges Induktionsstörungssignal bildet, so muss der Abstand zwischen ihnen mindestens gleich der Höhe einer der Vorrichtungen sein, oder ein rechtwinkliger Winkel zur gegenseitigen Induktivität.

2.4 Die Prinzipien für die elektrische Zoneneinteilung sind im Allgemeinen dieselben wie für die physikalische Zoneneinteilung, aber es gibt einige andere Faktoren. Einige Teile des Telefons arbeiten mit verschiedenen Spannungen und werden von Software gesteuert, um die Batterielebensdauer zu verlängern. Das bedeutet, dass das Telefon mit mehreren Stromquellen laufen muss, was mehr Probleme für die Isolation schafft. Strom wird in der Regel vom Steckverbinder eingebracht, Sofort entkoppelt, um Geräusche von außerhalb der Leiterplatte herauszufiltern, und dann über eine Reihe von Schaltern oder Reglern verteilt. Der Gleichstrom der meisten Schaltungen auf Handy-PCBS ist ziemlich klein, Verdrahtungsbreite ist in der Regel kein Problem, jedoch, Für die Stromversorgung des Hochleistungsverstärkers muss eine separate Hochstromleitung so breit wie möglich verlaufen sein, um den Übertragungsspannungsabfall auf. Um zu viel Stromverlust zu vermeiden, Mehrere Löcher werden verwendet, um Strom von einer Schicht auf eine andere zu übertragen. Darüber hinaus, wenn sie am Ende des Leistungsstifts des Hochleistungsverstärkers nicht ausreichend entkoppelt ist, Das Rauschen der hohen Leistung strahlt durch das Board und bringt alle Arten von Problemen. Die Erdung von Hochleistungsverstärkern ist kritisch und erfordert oft das Design eines Metallschildes. In den meisten Fällen, Es ist auch wichtig sicherzustellen, dass der HF-Ausgang vom HF-Eingang ferngehalten wird. Dies gilt auch für Verstärker, buffers, und Filter. Im schlimmen Fall, Verstärker und Puffer können selbsterregte Schwingungen erzeugen, wenn ihre Ausgänge mit der richtigen Phase und Amplitude an ihre Eingänge zurückgespeist werden. In diesem Fall, Sie werden in der Lage sein, stabil unter allen Temperatur- und Spannungsbedingungen zu arbeiten. In der Tat, Sie können instabil werden und Rausch- und Intermodulationssignale zu HF-Signalen hinzufügen. Wenn sich die HF-Signalleitung vom Eingang zum Ausgang des Filters zurückwickeln muss, Dies kann die Bandpasseigenschaften des Filters erheblich beeinträchtigen. Um eine gute Isolation von Ein- und Ausgang zu erreichen, Ein Feld muss zuerst um den Filter gelegt werden, und dann muss ein Feld im unteren Bereich des Filters gelegt werden, und mit dem Hauptgrund verbunden, der den Filter umgibt. Es ist auch eine gute Idee, Signalleitungen, die durch den Filter gehen müssen, so weit wie möglich von den Filterstiften zu platzieren..

2.5 Um keine Erhöhung des Lärms zu gewährleisten, Folgende Aspekte sind zu berücksichtigen: Erstens, Der erwartete Bandbreitenbereich der Steuerleitung kann von DC bis 2MHz sein, und es ist fast unmöglich, solch Breitbandrauschen durch Filtern zu entfernen; Zweiter, Die VCO-Steuerleitung ist normalerweise Teil einer Rückkopplungsschleife, die die Frequenz steuert, und es kann Lärm an vielen Orten einführen, Daher muss die VCO-Steuerleitung mit großer Sorgfalt behandelt werden. Stellen Sie sicher, dass der HF-Boden solide ist und alle Komponenten sicher mit dem Hauptgeschoss verbunden und von anderen Kabeln isoliert sind, die Geräusche verursachen können. Darüber hinaus, um sicherzustellen, dass die Stromversorgung des VCOs ausreichend entkoppelt ist, Besondere Aufmerksamkeit muss dem VCO gewidmet werden, da sein HF-Ausgang tendenziell auf einem relativ hohen Pegel ist und das VCO-Ausgangssignal leicht andere Schaltkreise stören kann. In der Tat, Der VCO wird oft am Ende der HF-Region platziert, und manchmal erfordert es einen Metallschild. Resonant circuits (one for the transmitter, the other for the receiver) are related to the VCO, haben aber ihre eigenen Eigenschaften. Einfach ausgedrückt, Ein Resonanzkreis ist ein paralleler Resonanzkreis mit kapazitiven Dioden, die helfen, die VCO-Betriebsfrequenz einzustellen und Sprache oder Daten in HF-Signale zu modulieren. Alle VCO-Designprinzipien gelten auch für Resonanzschaltungen. Resonanzschaltungen sind in der Regel sehr empfindlich gegenüber Rauschen, da sie eine große Anzahl von Komponenten enthalten, haben einen breiten Verteilungsbereich auf der Platine und arbeiten normalerweise mit einer hohen HF-Frequenz. Signale sind normalerweise auf benachbarten Pins des Chips angeordnet, Diese Pins müssen jedoch mit relativ großen Induktivitäten und Kondensatoren gekoppelt werden, um zu funktionieren, was wiederum erfordert, dass diese Induktoren und Kondensatoren dicht beieinander angeordnet und wieder an einen rauschempfindlichen Regelkreis angeschlossen werden.. Es ist nicht einfach, das zu tun..

3. Große Aufmerksamkeit sollte bei der Gestaltung von Mobiltelefonen auf die folgenden Aspekte gelegt werden Leiterplatte
3.1 Processing of Stromversorgung and ground cable
Even if the wiring in das ganze Leiterplatte ist gut abgeschlossen, aber die Störung, die durch die Stromversorgung und Erdungskabel verursacht wird, wird nicht gut betrachtet, die Leistung des Produkts sinkt, und manchmal sogar die Erfolgsrate des Produkts beeinflussen. So die Verkabelung der Elektrizität, Erdungskabel sollte ernsthaft behandelt werden, die Störgeräusche, die Elektrizität, Erddrahtplatz erzeugt Stürze bis zur Grenze, um die Qualität des Produkts zu gewährleisten. Für jeden Ingenieur, der sich mit der Entwicklung elektronischer Produkte beschäftigt, Es ist klar, dass der Grund für das Rauschen zwischen Erdungskabel und Stromleitung erzeugt wird. Jetzt, the reduced noise suppression is only described as follows:
(1) It is well known that the decoupling capacitor is added between the power supply and ground wire.
(2) as far as possible to widen the width of power supply, Erdungskabel ist breiter als die Stromleitung, their relationship is: ground wire > power line > signal line, Signalleitungsbreite beträgt normalerweise 0.2 ~ 0.3mm, die feine Breite kann 0 erreichen.05 ~ 0.07mm, Stromleitung ist 1.2 ~ 2.5mm. Die Leiterplatte Der digitale Schaltkreis kann aus einer Schleife von breiten Masseleitern bestehen, das ist, a ground network for use (analog circuit ground cannot be used in this way).
(3) with a large area of copper layer for ground, in der Leiterplatte nicht an der Stelle verwendet werden mit der Masse als Masse verbunden. Oder machen Sie es mehrschichtig, power supply, Erdungslinie belegen jeweils eine Ebene.

3.2 Common ground processing of digital circuit and analog circuit
Many PCBS are no longer single-function circuits (digital or analog), aber eine Mischung aus digitalen und analogen Schaltungen. Daher, bei Verdrahtung, Wir müssen die Interferenz zwischen ihnen berücksichtigen., insbesondere die Störgeräusche auf der Erdleitung. Die digitale Schaltung hat eine hohe Frequenz und die analoge Schaltung hat eine starke Empfindlichkeit. Für die Signalleitung, Die Hochfrequenzsignalleitung sollte so weit wie möglich von der empfindlichen analogen Schaltungseinrichtung entfernt sein. Für die Bodenlinie, the whole Leiterplatte hat nur einen Knoten zur Außenwelt, Daher muss das Problem der digitalen und analogen Gemeinsamkeit innerhalb der Leiterplatte. Und in der Platine im Inneren der digitalen Masse und analoge Masse sind tatsächlich voneinander getrennt, nur in der Leiterplatte and the external connection interface (such as plug, etc.). Es gibt ein bisschen eine kurze Verbindung zwischen der digitalen Masse und der analogen Masse. Beachten Sie, dass es nur einen Verbindungspunkt gibt. Es gibt auch Leiterplatte, die vom Systemdesign abhängt.

3.3 Signal Cables Are laid on electrical (ground) layers
In the multi-layer PCB wiring, weil in der Signalleitungsschicht keine fertige Linie mehr vorhanden ist, und dann Schichten hinzufügen verursacht Abfall wird auch die Produktion einer bestimmten Menge an Arbeit erhöhen, die Kosten auch entsprechend gestiegen, um diesen Widerspruch zu lösen, you can consider wiring in the electrical (ground) layer. Die Leistungszone sollte zuerst berücksichtigt werden, und die Formation zweiter. Weil es die Integrität der Formation bewahrt.

3.4 Processing of connecting legs in large area conductor
In the large-area grounding (electricity), die Beine der gemeinsamen Komponenten sind mit ihnen verbunden. Die Verarbeitung der Verbindungsbeine muss umfassend berücksichtigt werden. In Bezug auf die elektrische Leistung, Die Pads der Komponentenbeine sind vollständig mit der Kupferoberfläche verbunden, aber es gibt einige versteckte Gefahren für die Schweißmontage von Bauteilen, such as: 1) the welding needs a high-power heater. 2) Easy to cause virtual solder joints. Daher, Berücksichtigung der elektrischen Leistung und des Prozessbedarfs, eine Kreuzschweißunterlage herstellen, Hitzeschild genannt, allgemein bekannt als Thermal, so dass die Möglichkeit des virtuellen Schweißpunktes durch übermäßige Wärmeableitung im Schweißabschnitt stark reduziert wird, and the electrical connection (ground) layer leg of the multilayer board is the same.

3.5 Role of network system in cabling
In many CAD systems, Verkabelung wird durch das Netzwerksystem bestimmt. Das Gitter ist zu dicht, der Pfad wird erhöht, aber der Schritt ist zu klein, das Datenvolumen des Graphenfeldes ist zu groß, die zwangsläufig höhere Anforderungen an den Lagerraum der Ausrüstung haben, hat aber auch einen großen Einfluss auf die Rechengeschwindigkeit von computerelektronischen Produkten. Einige Pfade sind ungültig, z. B. durch die Pads von Bauteilbeinen oder durch Montagelöcher belegt, Löcher setzen, etc. Zu spärliches Netz und zu wenige Wege haben großen Einfluss auf die Verteilungsrate. Daher, Es ist notwendig, ein relativ dichtes Netzsystem zur Unterstützung der Verkabelung zu haben. Die Beine der Standardkomponenten sind 0.1 inch (2.54mm) apart, so ist die Basis von Netzsystemen normalerweise 0.1 inch (2.54mm) or integral multiples of less than 0.1 inch (e.g. 0.05 Zoll, 0.025 Zoll, 0.02 Zoll, etc.).

4. Techniken und Methoden für HF Leiterplatte design are as follows:
4.1 The transmission line corner shall adopt 45° Angle to reduce return loss
4.2 Hochleistungs-isolierende Leiterplatte mit Isolationskonstanten Wert, der streng nach Niveaus kontrolliert wird, wird verwendet. Diese Methode ist vorteilhaft für die effektive Verwaltung des elektromagnetischen Feldes zwischen Isoliermaterial und angrenzender Verdrahtung.
4.3 Leiterplatte Designspezifikationen für hochpräzises Ätzen sollten verbessert werden. Erwägen Sie, einen Fehler in der Gesamtlinienbreite von +anzugeben+/-0.0007 Zoll, Verwaltung von Hinterschnitten und Querschnitten von Verdrahtungsformen und Festlegung der Verdrahtungsbedingungen. Overall management of wiring (wire) geometry and coating surfaces is important to address skin effects related to microwave frequencies and to implement these specifications.
4.4 Auffälliges Blei mit Zapfeninduktivität, Vermeiden Sie die Verwendung von Bleikomponenten. In hochfrequenten Umgebungen, Anbauteile verwenden.
4.5 Für Signal durch Löcher, Die Verwendung von PTH auf empfindlichen Platten sollte vermieden werden, da dieser Prozess Bleiinduktivität an den Durchgangslöchern verursachen kann.
4.6 Reichhaltige Bodenschichten sollten bereitgestellt werden. Geformte Löcher werden verwendet, um diese Erdungsschichten zu verbinden, um zu verhindern, dass elektromagnetische Felder 3d die Leiterplatte beeinflussen.
4.7 Wählen Sie Nichtelektrolyse-Vernickelung oder Immersion-Vergoldung Verfahren, Verwenden Sie keine HASL-Methode für die Beschichtung. This electroplated surface provides a better skin effect for high-frequency currents (Figure 2). Darüber hinaus, Diese hochgradig schweißbare Beschichtung benötigt weniger Leitungen, Beitrag zur Verringerung der Umweltverschmutzung.
4.8 Lötverstandsschicht kann verhindern, dass Lötpaste fließt. Allerdings, aufgrund der Unsicherheit der Dicke und der unbekannten Isolationsleistung, Die Abdeckung der gesamten Plattenoberfläche mit Lotwiderstandsmaterial führt zu einer großen Änderung der elektromagnetischen Energie im Mikrostreifendesign. Allgemein, Lotdamm wird als Lotwiderstandsschicht verwendet. Das elektromagnetische Feld von. In diesem Fall, Wir übernehmen die Umwandlung von Microstrip auf Koaxialkabel. In Koaxialkabeln, Die Bodenschichten sind ringförmig miteinander verflochten und gleichmäßig verteilt. In Mikrogurten, Die Erdungsschicht befindet sich unterhalb der aktiven Linie. Dies führt zu bestimmten Kanteneffekten, die verstanden werden müssen, vorhergesagt, und zur Entwurfszeit berücksichtigt. Natürlich, Diese Abweichung führt auch zu Backloss und muss minimiert werden, um Rauschen und Signalstörungen auf Leiterplatte.