PCB-Technologie - Hybrides Design von HF- und digital-analogen Schaltungen auf Basis von Leiterplatten

Typischerweise, der HF-Teil der Leiterplatte wird von HF-Personal in einer eigenständigen Umgebung entworfen und dann mit dem Rest der gemischten Technologie-Leiterplatte verschmolzen. Dieser Prozess ist ineffizient, und die Verbreitung von drahtlosen Handkommunikationsgeräten und Fernsteuergeräten, häufig für die Integration in Hybridtechnologien erforderlich, hat einen deutlichen Anstieg des Bedarfs an Hybrid-Analog vorangetrieben, digital, und HF-Designs. Handgeräte, Basisstationen, Fernbedienungen, Bluetooth-Geräte, drahtlose Kommunikation mit Computern, zahlreiche Verbrauchergeräte, und Militär/Luft- und Raumfahrtsysteme erfordern jetzt HF-Technologie. Die Popularität von tragbaren drahtlosen Kommunikationsgeräten und Fernsteuerungsgeräten hat einen signifikanten Anstieg des Bedarfs an gemischten analogen Geräten verursacht, Digital- und HF-Designs. Handgeräte, Basisstationen, Fernbedienungen, Bluetooth-Geräte, drahtlose Kommunikation mit Computern, zahlreiche Verbrauchergeräte, und Militär/Luft- und Raumfahrtsysteme erfordern jetzt HF-Technologie. Seit Jahren, HF-Design erfordert von Designern spezialisierte Design- und Analysewerkzeuge.

Seit Jahren, HF-Design erfordert von Designern spezialisierte Design- und Analysewerkzeuge. Typischerweise, Der HF-Teil der Leiterplatte wird von HF-Personal in einer eigenständigen Umgebung entworfen und dann mit dem Rest der gemischten Technologie-Leiterplatte verschmolzen. Dieser Prozess ist ineffizient und erfordert oft iteratives Design und die Verwendung mehrerer unabhängiger Datenbanken zur Integration in Hybridtechnologien. In der Vergangenheit, Designfunktionen wurden in zwei Designumgebungen durchgeführt und wiederholt, über eine dumme ASCII-Schnittstelle verbunden. PCB-Systemdesign und HF-spezifische Designsysteme in beiden Umgebungen haben eigene Bibliotheken, HF-Konstruktionsdatenbanken, und Designarchive. This requires design data (schematic and layout) and libraries in both Umwelts to be managed and synchronized through a cumbersome ASCII interface.

Nach diesem alten Ansatz, HF-Designer entwickelten HF-Schaltungen isoliert vom Rest des PCB-Systemdesigns. Diese HF-Schaltung wird dann in die Gesamtzahl der PCB-Design Verwendung der ASCII-Datei, Erstellung einer schematischen und physikalischen Implementierung auf der Hauptplatine. Wenn es ein Problem mit der HF-Schaltung gibt, Das Design muss in einer separaten HF-Lösung korrigiert und dann in die Hauptplatine umgewandelt werden. Der HF-Simulator simuliert nur ideale HF-Schaltungen. In realen hybriden Systemimplementierungen gibt es viele fragmentarische Formationen, Erdhohlräume und angrenzende HF-Schaltungen, die die Analyse sehr schwierig machen, und es ist bekannt, dass diese zusätzlichen Formen dauerhafte Auswirkungen auf den HF-Schaltungsbetrieb haben werden. Diese alte Methode wird seit vielen Jahren erfolgreich im Mixed-Signal Board Design eingesetzt, aber mit zunehmendem HF-Schaltungsgehalt in Produkten, Die Probleme zweier getrennter Konstruktionssysteme haben begonnen, die Produktivität der Designer zu beeinflussen, Time-to-Market, und Produkte die Qualität von.

RF-bewusst PCB-Design
Um die Konstruktionsabsicht zwischen PCB- und HF-Design aufrechtzuerhalten, HF-Designwerkzeuge müssen die schichtorientierte Struktur des PCB-Layouts verstehen, und das PCB-System muss die parametrischen planaren Mikrowellenkomponenten verstehen, die in der HF-Designumgebung verwendet werden. Ein weiteres Schlüsselproblem ist, dass PCB-Systeme das Layout von HF-Schaltungen als Kurzschlüsse bauen, which prevents proper design rule checking (DRC) of the design. Für die heutigen komplexen HF-Systemdesigns, HF-bewusste DRC ist ein Muss für die Entwurfsmethodik, um sicherzustellen, dass das Design korrekt ist. All dies trägt zur Aufrechterhaltung der Designabsicht bei. Die Aufrechterhaltung der Konstruktionsabsicht ist von entscheidender Bedeutung, da sie die Grundlage für mehrmalige Rundfahrten von Konstruktionsdaten zwischen Toolsets ohne Informationsverlust darstellt..

HF-Design ist ein iterativer Prozess, der viele Schritte erfordert, um das Design abzustimmen und zu optimieren. In der Vergangenheit, RF Design war sehr schwierig im Kontext realer PCB-Design. Wenn ein optimiertes HF-Modul auf einer Leiterplatte implementiert wird, Es gibt immer noch keine Garantie, dass es weiterhin funktioniert. Als Überprüfung, electromagnetic field analysis (EM) of the PCB implementation is required. Es gibt mehrere Probleme mit diesem Designprozess. Erstens, Die Schaltung wird als einfache Metallschichtgeometrie modelliert, HF-Werkzeuge können also keine Änderungen an den Metallschichten vornehmen, und kann die optimierten Ergebnisse nicht zurück an die PCB-Design und haben immer noch eine gute HF-Schaltung. Zweiter, das EM-Schema ist zeitaufwändig. Im neuen Fluss, weil das Leiterplattenwerkzeug und das HF-Werkzeug ein gemeinsames Verständnis der Konstruktionsabsicht haben, circuits can be passed from one tool set to another

without losing the design intent. Dies bedeutet, dass Schaltungssimulation und EM-Analyse wiederholt und die Ergebnisse jeder Schaltungsänderung verglichen werden können. Dies alles geschieht in einer echten PCB-Umgebung, einschließlich Bodenflugzeuge, Anordnung der HF-Schaltung, Spuren, Durchkontaktierungen, und andere Komponenten.

RF PCB Design Bottleneck
The main bottlenecks in RF PCB-Design sind wie folgt., da jedes HF-Modul auf einem Leiterplatte Kann von einem unabhängigen HF-Designteam entworfen worden sein, und jedes Modul kann unabhängig voneinander aufgerüstet werden, entwickelt, und wiederverwendet, Es wird entscheidend, den gesamten Schaltkreis als Ganzes zu verwalten wichtig, aber immer noch als einzelne Schaltungselemente auf diese Module zugreifen. Um dieses Problem zu lösen, Schaltplan- und Layoutwerkzeuge müssen erweitert werden, um hierarchisch gruppierte Schaltkreise zu unterstützen. Mit dieser Methode, auch wenn eine HF-Schaltung bereits auf der Leiterplatte angelegt ist, Es kann weiterhin als HF-Schaltung mit anderen Modulen zusammen platziert werden und kann zur Analyse mit dem entsprechenden HF-Designteam verbunden werden. Die nächste Hürde ist, wie man die Bodenebene gestaltet. Im traditionellen Designprozess, RF Metall wird als Black Box Metallblock verwendet, und der Abstand vom Boden erfolgt von Hand, weil die Flugreise durch jede Formation gehen muss. Wenn die HF-Schaltung aktualisiert wird, Die ausgeschnittenen Teile müssen manuell angepasst werden, um der neuen Schaltung zu entsprechen. Für einige Designs, Dieser Bearbeitungsprozess allein kann Wochen dauern. Synthese zwischen HF-Design-Tools und PCB-Design Tools basieren auf der bidirektionalen Konvertierung von ASCII IFF Format Dateien. Während das Format einige Designdaten verarbeiten kann, Es ist alles andere als nahtlose iterative Synthese. Mangelnde Synchronisierung der Bibliothek ist eine Todesursache. Diese Designanforderung hat zu einer webbasierten Tool-to-Tool-Kommunikation geführt, die eine dynamische bidirektionale Verbindung zwischen HF-Design und Systemebene bietet. PCB-Design. Zur Unterstützung von Concurrent Engineering, Mehrere PCB-Ingenieure können die gleiche Konstruktionsdatenbank gleichzeitig verwenden, jeweils eine oder mehrere analoge Abschnitte verbinden. HF-Module können jetzt mit Hilfe von HF-Design-Tools entworfen und als Teil eines Systemplans und einer Leiterplatte zur richtigen Zeit synthetisiert werden, statt der schwer fassbaren Black-Box-Schaltung der Vergangenheit. In diesem Stadium, Der Schaltkreis kann aufgerüstet und seine Effekte in beiden Umgebungen simuliert werden. Betrachten Sie jede HF-Schaltung als eine Reihe von Objekten, um die Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten, Versionsverwaltung, und Designfragen. Weil die Designabsicht erhalten bleibt, beliebig viele Designiterationen können ohne Zeitaufwand durchgeführt werden. Darüber hinaus, weil das HF-Modul in einer realen Systemebene simuliert werden kann Leiterplatte environment, Seine Funktionalität sollte genauer überprüft werden, um den Designzyklus zu verkürzen.