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Blog de PCB - Concepto y principio de diseño de circuitos de alta frecuencia y PCB

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Concepto y principio de diseño de circuitos de alta frecuencia y PCB

2022-09-22
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Author:iPCB

Para el diseño de PCB de alta frecuencia, Ya tenemos un buen software CAD, Su poderosa función es suficiente para superar la falta de experiencia en el diseño y la tediosa búsqueda y cálculo de parámetros.. Las personas menos experimentadas deben ser capaces de completar componentes de radiofrecuencia de mejor calidad. Pero en realidad, No es así..

PCB Board

1. Sobre el software CAD y el analizador de red

Para el diseño de circuitos de alta frecuencia, hay un buen software CAD. Su poderosa función es suficiente para superar la falta de experiencia en el diseño y la búsqueda y el cálculo de parámetros engorrosos. En combinación con potentes Analizadores de red, aquellos con un poco de experiencia pueden lograr componentes de radiofrecuencia de mayor calidad. Sin embargo, en realidad no lo es. El software de diseño CAD se basa en potentes capacidades de biblioteca, incluyendo parámetros de componentes e indicadores básicos de rendimiento proporcionados por la mayoría de los fabricantes de equipos de radio del mundo. Muchos ingenieros de radiofrecuencia creen erróneamente que mientras la herramienta se utilice para el diseño, no habrá problemas. Sin embargo, los resultados reales siempre son contrarios a los deseos. La razón es que abandonaron los conceptos básicos de la aplicación flexible del diseño de circuitos de alta frecuencia y la experiencia acumulada en la aplicación de los principios básicos de diseño bajo la comprensión errónea. Por lo tanto, a menudo cometen algunos errores básicos en la aplicación de herramientas de software. El software CAD de diseño de circuitos de radiofrecuencia es un software visual transparente, que utiliza varias bibliotecas de modelos de configuración básica de alta frecuencia para completar la simulación del Estado de funcionamiento real del circuito. Hasta ahora, hemos aprendido que hay dos modelos básicos de configuración de alta frecuencia, uno es el modelo de componentes en forma de parámetros centralizados, el otro es el modelo funcional local en el diseño general. Por consiguiente, existen los siguientes problemas:


El modelo de componentes y el software CAD han estado interactuando y desarrollándose durante mucho tiempo, y son cada vez más perfectos. En la práctica, la autenticidad del modelo es básicamente creíble. Sin embargo, el entorno de aplicación considerado por el modelo de componentes, especialmente el entorno eléctrico de la aplicación de componentes, es típico. En la mayoría de los casos, una serie de parámetros de aplicación deben determinarse empíricamente, de lo contrario, sin la ayuda del software CAD, el resultado real a veces puede ser incluso mayor que el resultado del diseño.


El modelo tradicional de configuración básica de alta frecuencia establecido en el software CAD se limita generalmente a los aspectos previsibles en las condiciones actuales de aplicación, y sólo a los modelos funcionales básicos (de lo contrario, el desarrollo de productos no necesita contratar personal, todos los tipos de productos se generan por separado por CAD).


En particular, vale la pena mencionar que el establecimiento de un modelo funcional típico se logra mediante la aplicación típica de componentes y el uso de una estructura de proceso típica y perfecta (incluida la estructura de la placa de PCB), y su rendimiento también alcanza un alto nivel de "típico". Pero en la práctica, es una imitación completa, lejos del Estado del modelo. La razón es que aunque los componentes seleccionados y sus parámetros son los mismos, su entorno eléctrico combinado no puede ser el mismo. En circuitos de baja frecuencia o digitales, esta diferencia de unos pocos centímetros no es un obstáculo importante, pero en circuitos de radiofrecuencia, a menudo ocurren errores mortales.


En el diseño del software CAD, el diseño de tolerancia a fallos del software no presta atención a si se ha producido un error de configuración de parámetros en contraste con la situación real. Por lo tanto, da un resultado ideal de acuerdo con la ruta de ejecución del software, pero está lleno de problemas en la práctica. Consecuencias Se puede saber que el error clave es no utilizar el principio básico del diseño del Circuito de radiofrecuencia para aplicar correctamente el software CAD.


El software CAD es sólo una herramienta auxiliar de diseño. Utiliza la función de simulación en tiempo real, la poderosa Biblioteca de modelos de componentes y su función de generación, la Biblioteca de modelos de aplicaciones típicas, Etc.. para simplificar el diseño y el cálculo tediosos. Hasta ahora, está lejos de reemplazar la inteligencia artificial en el diseño concreto. La poderosa función del software CAD en el diseño asistido por PCB RF es un aspecto importante de la popularidad del software CAD. Pero en la práctica, muchos ingenieros de radiofrecuencia son a menudo "entendidos". La razón sigue siendo la tolerancia a fallos de la configuración de parámetros. A menudo se utiliza para obtener el modelo ideal (incluyendo cada enlace funcional) mediante el uso de sus capacidades de simulación, pero sólo después de encontrar la depuración real: es mejor diseñar con su propia experiencia. Por lo tanto, en el diseño de PCB, el software CAD sigue siendo beneficioso sólo para los ingenieros con experiencia y habilidades básicas de diseño de radiofrecuencia, para ayudarles a llevar a cabo el diseño de procesos engorrosos (diseño no básico). Hay dos tipos de Analizadores de red, escalares y vectores, que son herramientas básicas para el diseño de circuitos RF. La práctica habitual es completar el diseño de circuitos y PCB (o utilizar software CAD) de acuerdo con el concepto básico y el principio del diseño de circuitos de radiofrecuencia, completar el procesamiento de muestras de PCB y ensamblar prototipos según sea necesario, y luego utilizar el analizador de red para diseñar cada enlace. El análisis de la red se lleva a cabo uno por uno, lo que puede hacer que el circuito alcance el Estado. Sin embargo, el costo de este trabajo es producir al menos 3 - 5 versiones de PCB, si no hay principios básicos de diseño de PCB y conceptos básicos, se necesitarán más versiones de PCB (de lo contrario, el diseño no puede completarse). En el proceso de análisis del circuito RF utilizando el analizador de red, es necesario tener un concepto y un principio completos de diseño de PCB de alta frecuencia, y debe ser capaz de entender claramente los defectos de diseño de PCB a través de los resultados del análisis. Sólo esto requiere que los ingenieros pertinentes tengan una amplia experiencia. En el proceso de análisis de los enlaces de red del prototipo, la red funcional local debe construirse sobre la base de la experiencia y las habilidades experimentales. Debido a que en muchos casos los defectos del circuito encontrados por el analizador de red pueden tener muchos factores al mismo tiempo, es necesario utilizar la construcción de la red funcional local para analizar e investigar a fondo la causa. La construcción de este circuito experimental debe basarse en una clara experiencia en el diseño de circuitos de alta frecuencia y en el principio de construcción de PCB.


2. Alcance del presente artículo

Este artículo se centra principalmente en el concepto y el principio de diseño del nivel de microondas Circuito de alta frecuencia Y PCB Board Diseño, Categorías avanzadas de productos de comunicación. La razón por la que elegimos el principio de diseño de PCB para el circuito de alta frecuencia de microondas es que tiene una amplia importancia orientadora y pertenece a la tecnología de aplicación Popular de alta tecnología en la actualidad.. Conversión de circuitos de microondas PCB Board Diseño concept to Este high-speed wireless network (including various access networks) projects is also in the same vein, Porque se basan en los mismos principios básicos, Teoría de la línea de transmisión dual. La tasa de éxito de un circuito digital o un circuito de baja frecuencia relativo diseñado por un ingeniero de radiofrecuencia experimentado es muy alta, Porque su concepto de diseño se centra en parámetros "distribuidos", and the concept of distributed parameters is used in lower-frequency circuits (including The destructive effect in digital circuits) is often ignored by people. Durante mucho tiempo, the design of electronic products (mainly for communication products) completed by many peers is often full of problems. Por un lado, it is related to the lack of necessary links in electrical principle design (including redundancy design, Diseño de fiabilidad, Etc..), Pero lo más importante, Muchos de estos problemas surgen cuando se considera que se han considerado todas las conexiones necesarias. Para hacer frente a estos problemas, A menudo se concentran en los procedimientos de Inspección, Principios eléctricos, Redundancia de parámetros, etc., Pero rara vez se dedica a la revisión PCB Board design, Esto se debe generalmente a PCB Board Defecto de diseño. Causa muchos problemas de rendimiento del producto. PCB Board Los principios de diseño abarcan muchos aspectos, Incluidos los principios básicos, Anti - interferencia, Compatibilidad electromagnética, Protección de la seguridad, Espera un minuto.. Para estos aspectos, Especialmente en Circuito de alta frecuencia (especially microwave-grade Circuito de alta frecuencia), the lack of relevant concepts often leads to the failure of the entire R&D project. Muchas personas todavía se quedan en la base de "conectar los principios eléctricos con los conductores para desempeñar un papel predeterminado"., Incluso pensar que "PCB Board El diseño pertenece a consideraciones estructurales, Tecnología y aumento de la productividad ". Muchos ingenieros de radiofrecuencia no se dan cuenta de que este enlace debe ser el foco de todo el trabajo de diseño en el diseño de radiofrecuencia., Se centran erróneamente en la selección de componentes de alto rendimiento, Esto conduce a un aumento significativo de los costes y a una escasa mejora del rendimiento. Cabe señalar en particular que los circuitos digitales dependen de su fuerte capacidad anti - interferencia., Detección y corrección de errores, Además, cada enlace inteligente puede construirse arbitrariamente para garantizar la función normal del circuito.. Un circuito de aplicación digital común con una alta configuración adicional con una variedad de enlaces "normales" es claramente una medida sin concepto de producto. Sin embargo,, A menudo conduce a una serie de problemas de producto en los enlaces que se consideran "no vale la pena".. La razón es que, desde el punto de vista de la ingeniería de productos, este tipo de enlace funcional que no vale la pena garantizar la fiabilidad de la estructura debe basarse en el mecanismo de trabajo del propio circuito digital., but the wrong construction in the circuit design (including the PCB Board design) causes the circuit to be in a state of failure. Estado inestable. La razón de este estado inestable es la aplicación básica bajo el mismo concepto que problemas similares Circuito de alta frecuencia.


En los circuitos digitales, hay tres aspectos que deben tomarse en serio:

La señal digital pertenece a la señal de banda ancha. De acuerdo con el resultado de la función de Fourier, contiene un componente de alta frecuencia muy rico, por lo que el componente de alta frecuencia de la señal digital se considera plenamente en el diseño de circuitos integrados digitales. Sin embargo, además de los CI digitales, las zonas de Transición de la señal dentro y entre cada enlace funcional (si son arbitrarias) pueden causar una serie de problemas. Especialmente en circuitos digitales, analógicos y de alta frecuencia.

Los diversos tipos de diseño de fiabilidad en la aplicación de circuitos digitales están relacionados con los requisitos de fiabilidad de los circuitos y los requisitos de ingeniería de productos en la aplicación práctica, por lo que no se pueden a ñadir varios componentes de "garantía" de alto costo a los circuitos que cumplen los requisitos en el diseño tradicional.

La velocidad de funcionamiento de los circuitos digitales se está moviendo hacia la alta frecuencia, lo que no tiene precedentes (por ejemplo, la frecuencia principal actual de la CPU ha alcanzado 1,7 GHz, muy por encima del límite inferior de la banda de microondas). Aunque también soportan las funciones de garantía de fiabilidad de los dispositivos relacionados, se basan en las características de las señales internas y externas típicas de los dispositivos.


3. Resumen de la importancia orientadora de la teoría de la doble línea de transmisión para el diseño de circuitos de microondas y el principio de cableado de PCB

El concepto de PCB basado en la teoría de dos líneas

Para el nivel de microondas Circuito de alta frecuencia, Cada línea de banda correspondiente en PCB Board forms a microstrip line (asymmetrical) with the ground plate. Para PCB BoardMás de dos capas, Puede formar líneas y bandas MICROSTRIP. line (symmetrical microstrip transmission line). Different microstrip lines (double-sided PCB Boards) or strip lines (multi-layer PCB Boards) form coupled microstrip lines, Para formar una variedad de redes complejas de cuatro puertos, Por lo tanto, se forman varias características de la placa de circuito de nivel de microondas. Por lo tanto, la teoría de la línea de transmisión MICROSTRIP es la base del diseño del Circuito de alta frecuencia de microondas. PCB Board. Para RFPCB Board Diseño superior a 800 MHz, the PCB Board network design near the antenna should fully follow the microstrip theoretical basis (rather than just using the microstrip concept as a tool to improve the performance of lumped-parameter devices). Mayor frecuencia, La importancia orientadora de la teoría MICROSTRIP se vuelve más importante. Parámetros centralizados y distribuidos del circuito, Aunque la frecuencia de trabajo es baja, Cuanto más débil es el efecto de los parámetros de distribución, Pero los parámetros de distribución siempre existen. No hay límites claros sobre si considerar el efecto de los parámetros de distribución en las características del circuito. Por consiguiente,, El concepto de MICROSTRIP también es importante para el diseño de PCB en circuitos digitales y circuitos de frecuencia intermedia relacionados.. La base y el concepto de la teoría de MICROSTRIP y el concepto de diseño de circuitos de radiofrecuencia a nivel de microondas PCB BoardS es en realidad la aplicación de la teoría de la doble línea de transmisión de microondas. Para RFPCB Board Cableado, each adjacent signal line (including adjacent adjacent) All form the characteristics that follow the basic principle of the double line (this will be clearly explained later). Aunque un lado del Circuito de radiofrecuencia de microondas ordinario está equipado con una capa de tierra, Por lo tanto, la línea de transmisión de señales de microondas es a menudo una compleja red de cuatro puertos, Por lo tanto, la teoría de MICROSTRIP acoplado se sigue directamente., Pero su base sigue siendo la teoría de dos líneas. Por consiguiente,, En la práctica del diseño, La importancia orientadora de la teoría de dos líneas es más amplia. En general, Para circuitos de microondas, La teoría de MICROSTRIP tiene una importancia orientadora cuantitativa, La aplicación concreta de la teoría de dos líneas, Sin embargo, la teoría de las líneas bilineales tiene una importancia orientadora cualitativa más amplia.. Vale la pena mencionar que todos los conceptos dados por la teoría de dos líneas, En la superficie, it seems that some concepts have no connection with the actual design work (especially digital circuits and low-frequency circuits), Es una ilusión.. La teoría de dos líneas puede guiar todos los problemas conceptuales en el diseño de circuitos electrónicos, Especialmente la importancia del concepto de diseño de circuitos de PCB es más prominente.. Aunque la teoría de dos líneas se basa en la premisa de microondas Circuito de alta frecuencia, Esto se debe simplemente a la influencia de los parámetros de distribución Circuito de alta frecuencia Ser importante, Esto hace que la importancia de la orientación sea especialmente prominente.. En circuitos digitales o de baja frecuencia, En comparación con los componentes de parámetros agrupados, los parámetros distribuidos son insignificantes, Los conceptos de la teoría de dos líneas se vuelven borrosos en consecuencia.. Sin embargo,, En la práctica de diseño, a menudo se descuida la distinción entre circuitos de alta y baja frecuencia.. A qué clase pertenece la lógica digital típica o el circuito de pulso? Obviamente, los circuitos de baja frecuencia y los circuitos de baja frecuencia con elementos no lineales, Una vez que algunas condiciones sensibles cambian, Es fácil reflejar algunas características de alta frecuencia. La frecuencia principal de la CPU ha alcanzado 1.7 GHz, Muy por encima del límite inferior de la frecuencia de microondas, Pero sigue siendo un circuito digital. Debido a estas incertidumbres, Diseño PCB Board Es extremadamente importante. En muchos casos, Los componentes pasivos del circuito pueden ser equivalentes a líneas de transmisión o MICROSTRIP de especificaciones específicas., Puede ser descrito por la teoría de la línea de transmisión dual y sus parámetros relacionados.. En resumen, Se puede concluir que la teoría de la doble línea de transmisión nació sobre la base de la síntesis de todas las características de los circuitos electrónicos.. Por consiguiente,, En sentido estricto, Si cada eslabón de la práctica de diseño se basa en primer lugar en el concepto reflejado en la teoría de la línea de transmisión dual, Luego está el correspondiente PCB Board circuit will face very few problems (no matter what the circuit is in working conditions).