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Technologie PCB
Conception de circuits à haute fréquence PCB
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Conception de circuits à haute fréquence PCB

Conception de circuits à haute fréquence PCB

2021-08-24
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Author:IPCB

Components are developing in the direction of high speed, Faible consommation, Petite taille, forte capacité anti - interférence. This development trend puts forward many new requirements for the design of printed circuit boards. Conception des PCB Est une étape importante de la conception électronique. Après la conception du Schéma électrique, Déterminer plusieurs panneaux fonctionnels en fonction des exigences structurelles et de la division fonctionnelle, and the external dimensions and installation methods of each functional board’s PCB must be determined at the same time. Tenir compte de la commodité de la mise en service et de l'entretien, Et des facteurs tels que le blindage, heat dissipation, Et performance EMI. Engineers are required to determine the layout and wiring plan, Déterminer les détails des circuits critiques et des fils de signalisation ainsi que la méthode de câblage, Et les principes de câblage à suivre. Plusieurs étapes du projet Conception des PCB process must be inspected, Analyse, and modified. Une fois le câblage terminé, it can go through a comprehensive rule inspection before it can be processed.


(((1))). Introduction


Pendant longtemps, les concepteurs ont tendance à consacrer de l'énergie à la vérification des programmes, des principes électriques, de la redondance des paramètres, Attendez.., et à consacrer peu d'énergie à l'examen de la conception des BPC, ce qui entraîne souvent de nombreux problèmes de performance des produits en raison des défauts de conception des BPC. Les principes de conception des PCB couvrent de nombreux aspects, y compris les principes de base, l'anti - interférence, la compatibilité électromagnétique, la protection de la sécurité, etc. Dans ces domaines, en particulier dans les circuits à haute fréquence (en particulier les circuits à haute fréquence à micro - ondes), l'absence de concepts pertinents entraîne souvent l'échec de l'ensemble des projets de recherche et de développement. De nombreuses personnes continuent de s'appuyer sur le principe de « relier les principes électriques aux conducteurs pour qu'ils fonctionnent comme prévu » et même de penser que « la conception des BPC est une considération de structure, de procédé et d'amélioration de la productivité ». De nombreux ingénieurs ne sont pas pleinement conscients du fait que, dans la conception des produits, ce lien devrait être au centre de l'ensemble des travaux de conception et qu'ils consacrent à tort leur énergie au choix des composants à haute performance. Par conséquent, les coûts ont fortement augmenté, tandis que l'amélioration du rendement a été minime.


(2). High-speed Conception des PCB


Dans l'ingénierie des produits, Conception des PCB occupies a very important position, En particulier dans la conception électrique à haute fréquence. Voici quelques règles générales, Ces règles seront considérées comme des lignes directrices générales. Application Conception des PCB principles and techniques of high-frequency circuits to the design can greatly increase the design success rate.


(1) Wiring design principles of Carte de circuit haute vitesse


1. Minimiser le ventilateur logique, it is best to carry only one load.

2. Dans la mesure du possible, éviter d'utiliser des trous de travers entre l'extrémité de sortie et l'extrémité de réception de la ligne de signal à grande vitesse et d'éviter l'intersection des patrons de broches. Une attention particulière doit être accordée aux lignes de signalisation de l'horloge en particulier.

3. Les lignes de signalisation des couches adjacentes supérieure et inférieure doivent être perpendiculaires les unes aux autres afin d'éviter les virages à angle droit.

4.. La résistance à la charge du terminal parallèle doit être aussi proche que possible du terminal récepteur.

5.. In order to ensure the minimum reflection, the length of all open lines (or lines without matching terminations) must meet the following formula:

Longueur de la route ouverte de loben (pouces)

ATL

Trise - temps de montée du signal (NS)

tpd--Line propagation delay (0.188ns/in--according to strip line characteristics).

Temps de montée typique de plusieurs circuits logiques à grande vitesse:

ATL

6. Lorsque la longueur du circuit ouvert dépasse la valeur requise par la formule ci - dessus, une résistance d'amortissement en série doit être utilisée et la résistance de terminaison en série doit être connectée aux broches de sortie dans la mesure du possible.

7. Assurez - vous que les circuits analogiques et numériques sont séparés. L'agnd et la dgnd doivent être reliées par des inducteurs ou des billes et doivent être aussi proches que possible du convertisseur A / D.

8. Assurer un découplage adéquat de l'alimentation électrique.

9. It is best to use surface mount resistors and capacitors.


Dérivation et découplage


1. Before choosing a decoupling capacitor, Calculer d'abord la fréquence de résonance requise pour filtrer le courant à haute fréquence.

2. Au - dessus de la fréquence d'auto - résonance, le condensateur produira une induction et perdra la capacité de découplage. Il convient de noter que l'énergie spectrale de certains circuits logiques est supérieure à la fréquence de résonance des condensateurs de découplage ordinaires eux - mêmes.

3. La fréquence de résonance du récipient lui - même est appelée fréquence d'auto - résonance. Si vous voulez filtrer les hautes fréquences

4. La capacité requise doit être calculée en fonction de l'énergie de radiofréquence contenue dans le circuit, du temps de montée du circuit de commutation et de la gamme de fréquences nécessitant une attention particulière. N'utilisez pas de suppositions ou ne suivez pas l'usage habituel.

5. Calcul de la fréquence de résonance du plan sol et du plan d'alimentation. The decoupling capacitor constructed with these two planes can achieve the greatest benefit.

6. Pour les composants à grande vitesse et les zones riches en énergie de bande passante RF, plusieurs condensateurs doivent être utilisés en parallèle pour éliminer l'énergie de bande passante RF. Il convient également de noter que lorsque les grands condensateurs deviennent inductifs à haute fréquence, les petits condensateurs restent capacitifs. À une fréquence donnée, il forme un circuit de résonance LC, ce qui entraîne une impédance infinie et donc une perte totale de la fonction de dérivation. Si cela se produit, il est plus efficace d'utiliser un seul condensateur.


7. Régler les condensateurs de dérivation sur les côtés de tous les connecteurs d'entrée d'alimentation sur la carte de circuit et sur les broches d'alimentation des composants dont le temps de montée est supérieur à 3ns.

8. Dans la direction diagonale du terminal d'entrée d'alimentation en PCB et de la clé, un condensateur d'une capacité suffisante doit être utilisé pour assurer le changement de courant lors de la commutation du circuit. Il en va de même pour les condensateurs de découplage d'autres circuits. Plus le courant de fonctionnement est grand, plus la capacité requise est grande. Afin de réduire les ondulations de tension et de courant et d'améliorer la stabilité du système. Par conséquent, le condensateur de découplage joue le double rôle de découplage et de rotation libre.

9. Si un trop grand nombre de condensateurs de découplage est utilisé, une grande quantité de courant sera aspirée de l'alimentation lorsque celle - ci sera allumée. Par conséquent, un grand groupe de condensateurs doit être placé à la sortie de l'alimentation électrique pour fournir un courant important.


Transformation et appariement de l'impédance


1. Dans les circuits à basse fréquence, le concept d'appariement est très important (de sorte que l'impédance de charge soit égale à la résistance interne de la source d'excitation). Dans les circuits à haute fréquence, l'appariement des bornes de ligne de signal est plus important:


D'une part, Zl = ZC est nécessaire pour s'assurer qu'il n'y a pas d'ondes stationnaires le long de la ligne; D'autre part, l'entrée de la ligne de signal et la source d'excitation doivent être appariées de façon conjuguée pour obtenir la puissance maximale. Par conséquent, l'appariement affecte directement la performance du circuit micro - ondes. Visible:


Si les terminaux ne correspondent pas, reflections and standing waves will occur on the signal line, resulting in a drop in load power (high-power standing waves will also cause sparks at the antinodes).


En raison de l'existence d'ondes réfléchies, la source d'excitation sera affectée négativement, ce qui entraînera une diminution de la stabilité de la fréquence de fonctionnement et de la puissance de sortie.


Cependant, dans la pratique, l'impédance de charge donnée et l'impédance caractéristique de la ligne de signal ne sont pas nécessairement les mêmes, et l'impédance de la ligne de signal et de la source d'excitation ne sont pas nécessairement conjuguées, il est donc nécessaire de comprendre et d'appliquer la technique d'appariement de l'impédance.


2. Convertisseur d'impédance


When the signal line length L=λ/4, that is, β l =/2, Nous pouvons obtenir: Zin = zc2/Zl


La formule ci - dessus indique que l'impédance de la ligne de transmission Î / 4pcb changera considérablement après la transformation. Comme vous le savez, lorsque Zl ne correspond pas, vous pouvez utiliser la reconfiguration de la ligne de transmission PCB pour correspondre. Pour les deux lignes de transmission de PCB avec impédance caractéristique z'C et Z "C", les lignes de transmission de PCB peuvent être connectées pour correspondre à z'C et Z "c.


Il est important de noter que la fréquence de fonctionnement de l'Île/4 impedance converter after matching two PCB transmission lines with different impedances is very narrow.


3. Appariement des courts - circuits à une seule branche


The impedance of the PCB transmission line can be changed by connecting a short-circuit line with a proper structure at the appropriate position of the PCB transmission line to achieve the matching purpose.


Stratification des PCB


Les circuits à haute fréquence ont tendance à avoir une intégration plus élevée et une densité de câblage plus élevée. The use of multi-layer boards is not only necessary for wiring, Est également un moyen efficace de réduire les interférences. A reasonable choice of the number of layers can greatly reduce the size of the printed board. Il tire pleinement parti de la couche intermédiaire pour définir le blindage, which can be better realized. La mise à la terre à proximité réduit efficacement l'inductance parasitaire, can effectively shorten the signal transmission length, Réduit considérablement l'interférence croisée entre les signaux, etc. Tout cela facilite le fonctionnement fiable des circuits à haute fréquence. There are data showing that the same material is better than a four-layer board. Le bruit des panneaux à double face est inférieur de 20 DB, but the higher the number of layers, Plus le processus de fabrication est complexe, plus le coût est élevé.


Isolation de l'alimentation électrique et isolation du fil de terre


Circuit wiring with different functions or different requirements often requires power isolation and grounding. Par exemple:, analog circuits and digital circuits, Circuit de signal faible et circuit de signal fort, sensitive circuits (PLL, Déclencheur à faible Jitter, etc.) and other circuits should minimize interference with each other so that the circuits can meet the expected specifications.


Exigences de base:


1. The power layers or ground layers in different areas should be connected together at the power entrance, Généralement une structure arborescente ou digitale, and the ground line division method of different functional circuits, L'écart entre la plaque d'espacement et le bord de la plaque ne doit pas être inférieur à 2 mm..

2. Les différents types de zones d'alimentation électrique et les zones au sol ne doivent pas se croiser.


3. Fossés et ponts. En raison de la Division du niveau du sol, la boucle de transmission du signal entre les différents circuits fonctionnels est généralement discontinue. Pour assurer la connexion des signaux, de l'alimentation électrique et de la mise à la terre, des méthodes de pont sont généralement utilisées, à l'exception de l'isolement par transformateur (ne peut pas transmettre de signaux en courant continu), de l'isolement par optocoupleur (ne peut pas transmettre de haute fréquence), etc. Le "pont" est en fait une brèche dans le fossé, juste un endroit. Comme le montre l'illustration, les lignes de signalisation, l'alimentation électrique et la mise à la terre passent par la tranchée d'ici. Dans le cas d'un système de mise à la terre multipoint (toutes les conceptions à grande vitesse sont utilisées), il est préférable de relier les deux côtés du pont au châssis.


3. Conclusionss


Dans l'ingénierie des produits, Conception des PCB occupies a very important position, En particulier dans la conception électrique à haute fréquence. The same principle design, Même composant, Les PCB produits par différentes personnes ont des résultats différents. There are many things that work in principle but are difficult to achieve in engineering, Ou quelque chose que quelqu'un d'autre peut faire., others cannot achieve. Alors..., it is not difficult to make a PCB board, Mais il n'est pas facile de prendre la bonne décision PCB board. Des trucs..