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Concept et principe de conception des circuits à haute fréquence et des PCB
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Concept et principe de conception des circuits à haute fréquence et des PCB

2022-09-22
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Author:iPCB

Pour la conception de circuits à haute fréquence PCB, Il y a déjà un bon logiciel de Cao, Sa fonction puissante est suffisante pour surmonter le manque d'expérience de conception et la recherche et le calcul fastidieux des paramètres. Les personnes inexpérimentées devraient être en mesure de compléter les composants RF de meilleure qualité. Mais en fait,, Ce n'est pas le cas..

PCB board

1. À propos du logiciel CAD et de l'analyseur de réseau

Il existe déjà un très bon Logiciel CAO pour la conception de circuits à haute fréquence. Sa fonction puissante est suffisante pour surmonter le manque d'expérience de conception et la recherche et le calcul fastidieux des paramètres. Combiné à un puissant analyseur de réseau, il devrait être possible pour ceux qui ont un peu d'expérience de compléter des composants RF de meilleure qualité. Ce n'est toutefois pas le cas dans la pratique. Le logiciel de conception Cao repose sur de puissantes capacités de bibliothèque, y compris les paramètres des composants et les indicateurs de performance de base fournis par la plupart des fabricants d'équipements radio dans le monde. De nombreux ingénieurs en radiofréquences croient à tort qu'il n'y a pas de problème tant que l'outil est utilisé pour la conception. Cependant, les résultats réels sont toujours contraires aux souhaits. La raison en est qu'ils ont abandonné le concept de base de l'application flexible de la conception de circuits à haute fréquence et l'expérience accumulée dans l'application des principes de conception de base sous une mauvaise compréhension. Par conséquent, ils font souvent des erreurs d'application de base lorsqu'ils appliquent des outils logiciels. Le logiciel CAD de conception de circuits RF est un logiciel de visualisation transparent, qui utilise sa bibliothèque de modèles de configuration de base à haute fréquence pour compléter la simulation de l'état de fonctionnement réel du circuit. Jusqu'à présent, nous avons compris les liens clés. Il existe deux modèles de configuration de base à haute fréquence, l'un est un modèle de composant sous forme de paramètres centralisés, l'autre est un modèle fonctionnel local dans la conception conventionnelle. Les problèmes suivants se posent donc:


Le modèle de composant et le logiciel CAD interagissent et se développent depuis longtemps et sont de plus en plus parfaits. Dans la pratique, l'auCelui - ci.nticité du modèle est largement crédible. Cependant, l'environnement d'application considéré par le modèle de composant, en particulier l'environnement électrique de l'application composant, est typique. Dans la plupart des cas, une série de paramètres d'application doivent être déterminés empiriquement, sinon, sans l'aide d'un logiciel Cao, les résultats réels sont parfois encore plus loin que les résultats de conception.


Les modèles traditionnels de configuration de base à haute fréquence établis dans les logiciels Cao sont généralement limités aux aspects prévisibles dans les conditions d'application actuelles et ne peuvent être limités qu'aux modèles fonctionnels de base (sinon, le développement de produits n'exige pas l'embauche de personnel, et tous les types de produits sont générés par la CAO seule.


Il convient de noter en particulier que l'établissement d'un modèle fonctionnel typique se fait par l'application typique de composants et l'utilisation de structures de processus typiques et parfaites, y compris la structure des PCB, et que ses performances atteignent également un niveau élevé de « typicité». Mais en pratique, c'est une imitation complète, loin de l'état du modèle. La raison en est que, bien que les composants sélectionnés et leurs paramètres soient les mêmes, leur environnement électrique combiné ne peut pas être le même. Cette différence de quelques centimètres n'est pas un obstacle majeur dans les circuits à basse fréquence ou numériques, mais des erreurs fatales se produisent souvent dans les circuits RF.


Dans la conception du logiciel CAD, la conception tolérante aux pannes du logiciel ne tient pas compte de la question de savoir s'il y a des paramètres d'erreur contraires à la situation réelle. Par conséquent, un résultat idéal est donné selon le chemin de fonctionnement du logiciel, mais il est plein de problèmes dans la pratique. Conséquences Comme vous pouvez le voir, la clé de l'erreur est de ne pas utiliser les principes de base de la conception de circuits RF pour appliquer correctement les logiciels Cao.


Le logiciel CAD n'est qu'un outil auxiliaire de conception. Il utilise la fonction de simulation en temps réel, la puissante bibliothèque de modèles de composants et sa fonction de génération, la Bibliothèque de modèles d'application typique pour simplifier la conception et le calcul fastidieux. Jusqu'à présent, il est loin de remplacer l'intelligence artificielle dans la conception concrète. La fonction puissante du logiciel CAD dans la conception assistée par radiofréquence PCB est un aspect important de la popularisation du logiciel. Mais dans la pratique, de nombreux ingénieurs en RF sont souvent « compris » par eux. La raison en est toujours la tolérance aux défauts des paramètres. Il est généralement utilisé pour obtenir le modèle idéal (y compris chaque lien fonctionnel) en utilisant sa fonction de simulation, mais seulement après avoir trouvé le débogage réel: il est préférable de concevoir avec votre propre expérience. Par conséquent, dans la conception des PCB, les logiciels Cao ne sont toujours utiles qu'aux ingénieurs ayant l'expérience et les compétences de base en conception de radiofréquences pour les aider dans la conception de processus fastidieux (conception non fondamentale). Il existe deux types d'Analyseurs de réseau, scalaires et vectoriels, qui sont des outils de base pour la conception de circuits RF. La pratique courante consiste à terminer la conception du circuit et de la carte PCB (ou à utiliser un logiciel CAO) selon le concept et le principe de base de la conception du circuit RF, à terminer le traitement de l'échantillon de la carte PCB et à assembler le prototype au besoin, puis à concevoir chaque lien à l'aide d'un analyseur de réseau. L'analyse du réseau est effectuée l'une après l'autre, ce qui permet d'atteindre l'état du circuit. Mais le coût de ce travail est la production réelle d'au moins 3 à 5 versions de PCB. Sans les principes de base et les concepts de conception de PCB, plus de versions de PCB sont nécessaires (sinon la conception ne peut pas être terminée). Lors de l'analyse des circuits RF à l'aide d'un analyseur de réseau, il est nécessaire d'avoir un concept et un principe complets de conception de circuits à haute fréquence PCB, et les défauts de conception de PCB doivent être clairement compris par les résultats de l'analyse. Seule cette exigence exige une vaste expérience des ingénieurs concernés. Dans le processus d'analyse de la liaison réseau du prototype, il est nécessaire de s'appuyer sur une expérience et des compétences expérimentales qualifiées pour construire un réseau fonctionnel local. Étant donné que, dans de nombreux cas, les défauts de circuit détectés par l'analyseur de réseau peuvent avoir de nombreux facteurs en même temps, il est nécessaire d'utiliser la construction du réseau fonctionnel local pour analyser et étudier en profondeur les causes. La construction d'un tel circuit expérimental doit reposer sur une expérience claire de la conception de circuits à haute fréquence et sur des principes de construction de circuits imprimés qualifiés.


2. Champ d & apos; application du présent article

Cet article traite principalement du concept et des principes de conception du niveau micro - ondes. Circuit haute fréquence Et PCB board Conception, Catégories avancées de produits de communication. La raison pour laquelle le principe de conception des circuits à haute fréquence à micro - ondes a été choisi est qu'il a une grande importance et appartient à la technologie d'application populaire de haute technologie.. Conversion des circuits micro - ondes PCB board Conception concept to the high-speed wireless network (including various access networks) projects is also in the same vein, Parce qu'ils sont basés sur les mêmes principes de base, Théorie des lignes de transmission doubles. Les circuits numériques ou les circuits à basse fréquence conçus par des ingénieurs RF expérimentés ont un taux de réussite très élevé, Parce que leur philosophie de conception est centrée sur des paramètres "distribués", and the concept of distributed parameters is used in lower-frequency circuits (including The destructive effect in digital circuits) is often ignored by people. Depuis longtemps., the design of electronic products (mainly for communication products) completed by many peers is often full of problems. D'une part,, it is related to the lack of necessary links in electrical principle design (including redundancy design, Conception de la fiabilité, Attendez..), Mais plus important encore,, Beaucoup de ces questions se posent lorsque l'on considère que tous les liens nécessaires ont été pris en considération.. Pour faire face à ces problèmes, Ils consacrent souvent leur énergie aux procédures d'inspection, Principes électriques, Redondance des paramètres, Attendez.., Mais ils passent rarement leur temps à réviser PCB board design, Cela est généralement dû au fait que PCB board Défauts de conception. Cause de nombreux problèmes de performance du produit. PCB board Les principes de conception couvrent de nombreux aspects, Y compris les principes de base, Anti - interférence, Compatibilité électromagnétique, Protection de la sécurité, Attendez un peu!. Pour ces aspects, En particulier Circuit haute fréquence (especially microwave-grade Circuit haute fréquence), the lack of relevant concepts often leads to the failure of the entire R&D project. Beaucoup de gens restent sur la base de "Connecter les principes électriques aux conducteurs pour qu'ils fonctionnent comme prévu", Même penser quePCB board La conception est une considération structurelle, Technologie et amélioration de la productivité ". De nombreux ingénieurs en RF n'ont pas non plus pleinement reconnu que, dans la conception des RF, ce lien devrait être au centre de l'ensemble des travaux de conception., Ils se sont concentrés à tort sur le choix des composants haute performance, Cela a entraîné une augmentation significative des coûts et peu d'amélioration du rendement.. Il convient de noter en particulier que les circuits numériques dépendent de leur forte capacité anti - interférence., Détection et correction des erreurs, Chaque liaison intelligente peut être construite arbitrairement pour assurer le fonctionnement normal du circuit.. Un circuit d'application numérique ordinaire avec une configuration supplémentaire élevée avec une variété de liens "normaux garantis" est clairement une mesure sans concept de produit. Cependant,, Il en résulte souvent une série de problèmes de produits dans les liens qui sont considérés comme « indignes ».. La raison en est que, du point de vue de l'ingénierie des produits, ce lien fonctionnel qui n'est pas digne d'une garantie de fiabilité structurelle devrait être basé sur le mécanisme de fonctionnement du circuit numérique lui - même., but the wrong construction in the circuit design (including the PCB board design) causes the circuit to be in a state of failure. État instable. La raison de cet état d'instabilité est l'application fondamentale des mêmes concepts que pour des problèmes similaires. Circuit haute fréquence.


Dans les circuits numériques, trois aspects doivent être pris au sérieux:

Le signal numérique lui - même appartient au signal à large bande. Selon les résultats de la fonction de Fourier, elle contient beaucoup de composants à haute fréquence, de sorte que les composants à haute fréquence du signal numérique sont pleinement pris en compte dans la conception du circuit intégré numérique. Cependant, en plus de l'IC numérique, les zones de transition du signal à l'intérieur et entre chaque liaison fonctionnelle, si elles sont arbitraires, peuvent également causer une série de problèmes. En particulier dans les circuits mixtes de circuits numériques, analogiques et à haute fréquence.

Divers types de conception de la fiabilité dans les applications de circuits numériques sont liés aux exigences de fiabilité des circuits dans les applications pratiques et aux exigences de l'ingénierie des produits. Il n'est pas possible d'ajouter divers composants « garantis » à coût élevé aux circuits dont la conception traditionnelle répond aux exigences.

3) La vitesse de fonctionnement des circuits numériques évolue vers la haute fréquence, ce qui est sans précédent (par exemple, la fréquence principale actuelle du processeur a atteint 1,7 GHz, bien au - delà de la limite inférieure de la bande micro - ondes). Bien que les fonctions d'assurance de la fiabilité de l'équipement connexe soient prises en charge en même temps, elles sont basées sur les caractéristiques des signaux internes et externes typiques de l'équipement.


3. Résumer l'importance de la théorie des lignes de transmission doubles pour la conception des circuits micro - ondes et le principe de câblage des PCB

Concept de PCB basé sur la théorie des deux fils

Pour le niveau micro - ondes Circuit haute fréquence, Chaque ligne de bande correspondante sur PCB board forms a microstrip line (asymmetrical) with the ground plate. Pour PCB boardPlus de deux étages, Peut former des lignes et des bandes Microstrip. line (symmetrical microstrip transmission line). Different microstrip lines (double-sided PCB boards) or strip lines (multi-layer PCB boards) form coupled microstrip lines, Pour former un réseau complexe à quatre ports, Ainsi, diverses caractéristiques des circuits à micro - ondes PCB sont formées. Ainsi, la théorie des lignes de transmission Microstrip est la base de la conception de circuits à haute fréquence à micro - ondes PCB board. Pour RFPCB board Conception supérieure à 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). Plus la fréquence est élevée, L'importance de la théorie des microstrips devient de plus en plus importante. Paramètres centralisés et distribués du circuit, Bien que la fréquence de fonctionnement soit faible, Plus l'influence des paramètres de distribution est faible, Mais les paramètres de distribution existent toujours. Il n'y a pas de limite claire pour déterminer si l'influence des paramètres de distribution sur les caractéristiques du circuit est prise en compte.. Donc,, L'établissement du concept Microstrip est tout aussi important pour la conception des circuits numériques et des circuits if connexes.. Base et concept de la théorie Microstrip et conception de circuits RF à micro - ondes PCB boardS est en fait l'application de la théorie de la double ligne de transmission micro - ondes. Pour RFPCB board Câblage, 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). Bien qu'un côté d'un circuit RF micro - ondes ordinaire ait une couche de sol, Par conséquent, la ligne de transmission de signaux micro - ondes est souvent un réseau complexe à quatre ports., Pour suivre directement la théorie des microstrips couplés, Mais sa base reste la théorie des deux lignes.. Donc,, Dans la pratique de la conception, La théorie à deux lignes a un sens directeur plus large. En général, Pour circuits micro - ondes, La théorie des microstrips a un sens directeur quantitatif, Application concrète de la théorie des deux lignes, La théorie à deux lignes a une signification plus large pour l'orientation qualitative. Il est intéressant de noter que tous les concepts donnés par la théorie des deux lignes, En surface, it seems that some concepts have no connection with the actual design work (especially digital circuits and low-frequency circuits), C'est une illusion.. La théorie des deux fils peut guider tous les problèmes conceptuels dans la conception des circuits électroniques, En particulier, l'importance du concept de conception de circuits imprimés est plus évidente.. Bien que la théorie à deux fils soit basée sur le micro - ondes Circuit haute fréquence, Ceci n'est dû qu'à l'influence des paramètres de distribution Circuit haute fréquence Devient important, Cela rend l'orientation particulièrement importante. Dans les circuits numériques ou à basse fréquence, Les paramètres de distribution sont négligeables par rapport aux composants des paramètres centralisés, Le concept de la théorie des deux lignes devient flou en conséquence. Cependant,, Dans la pratique de la conception, la distinction entre les circuits haute et basse fréquence est souvent négligée.. Dans quelle catégorie appartient une logique numérique typique ou un circuit d'impulsions?? De toute évidence, les circuits à basse fréquence et les circuits à basse fréquence avec des éléments non linéaires, Une fois que certaines conditions sensibles ont changé, Il est facile de refléter certaines caractéristiques à haute fréquence. La fréquence principale du processeur a atteint 1.7 GHz, Bien au - delà de la limite inférieure de fréquence micro - ondes, Mais c'est toujours un circuit numérique. En raison de ces incertitudes, Conception PCB board Est extrêmement important. Dans de nombreux cas, Les composants passifs d'un circuit peuvent être équivalents à une ligne de transmission ou à une ligne Microstrip d'une spécification particulière, Peut être décrit par la théorie des lignes de transmission doubles et ses paramètres connexes. En bref, On peut soutenir que la théorie des lignes de transmission doubles est née sur la base de la synthèse de toutes les caractéristiques des circuits électroniques.. Donc,, Au sens strict du terme, Si chaque lien dans la pratique de la conception est d'abord basé sur les concepts incarnés dans la théorie des lignes de transmission doubles, Et puis ça correspond. PCB board circuit will face very few problems (no matter what the circuit is in working conditions).