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Progettazione PCB per il circuito funzionale del modulo interruttore di radiofrequenza
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Progettazione PCB per il circuito funzionale del modulo interruttore di radiofrequenza

Progettazione PCB per il circuito funzionale del modulo interruttore di radiofrequenza

2022-01-04
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Author:pcb

La progettazione del Scheda PCB for the functional circuit of the radio frequency switch module,con lo sviluppo di moderni sistemi di comunicazione wireless, mobile communication, radar, satellite communication and other communication systems have higher requirements on the switching speed, capacità di potenza, and integration of the transceiver switch. Pertanto, the bus technology is researched and developed to meet the military The bus module with special requirements is of great significance. Useremo l'idea di strumento virtuale per realizzare il circuito hardware nel software. The radio frequency switch designed below can be directly controlled by the computer and can be easily integrated with the bus test system. L'applicazione della tecnologia informatica e microelettronica nel campo dei test di oggi ha ampie prospettive di sviluppo.

Scheda PCB

1. Design and implementation of VXI bus interface circuit

VXIbus is an extension of VMEbus in the field of instrumentation, and is a modular automatic instrument system operated by a computer. Si basa su una standardizzazione efficace e adotta un approccio modulare per raggiungere la serializzazione, generalization, e intercambiabilità e interoperabilità degli strumenti VXIbus. Its open architecture and PlugPlay mode fully meet the requirements of information products. Ha i vantaggi della trasmissione di dati ad alta velocità, compact structure, configurazione flessibile, and good electromagnetic compatibility. Pertanto, the system is very convenient to set up and use, e le sue applicazioni stanno diventando sempre più estese. È diventato gradualmente un bus per l'integrazione del sistema di test ad alte prestazioni.

The VXI bus is a completely open modular instrument backplane bus specification suitable for various instrument produttores. I dispositivi bus VXI sono principalmente suddivisi in: dispositivi basati su registri, message-based devices, e dispositivi basati sulla memoria. The current proportion of register-based devices in applications (about 70%). Il circuito di interfaccia base del registro VXIbus comprende principalmente quattro parti:, addressing and decoding circuit, macchina dello stato di risposta alla trasmissione dei dati, configuration and operation register group. Nelle quattro parti, except that the bus buffer driver is realized by 74ALS245 chip, gli altri sono realizzati da FPGA. A piece of FLEX10K chip EPF10K10QC208-3 and a piece of EPROM core EPC1441P8 are used, and the corresponding software MAX+PLUS…¡ is used for design and implementation.

1.1 Bus buffer driver

This part completes the buffer receiving or driving of the data line, address line and control line in the VXI backplane bus to meet the requirements of the VXI specification signal. Per A16/D16 devices, finché l'unità buffer del bus dati backplane D00ï½ D15 è realizzata. According to the requirements of the VXI bus specification, questa parte è implementata con due 74LS245, which are strobed by DBEN* (produced by the data transmission response state machine).

1.2 Addressing and decoding circuit

Addressing lines include address lines A01 to A31, data strobe lines DS10* and DS1*, and long word line LWORD*. The control lines include the address strobe line AS* and the read/write signal line WRITE*. The design of this circuit adopts the schematic design method of MAX+PLUS…¡. Progettare utilizzando i componenti esistenti nella libreria di componenti, using two 74688 and one 74138. Questo modulo funzionale decodifica le linee di indirizzo A15ï½ A01 e le linee di modifica dell'indirizzo AM5ï½ AM0. When the device is addressed, riceve le informazioni sull'indirizzo sulla linea di indirizzo e sulla linea di modifica dell'indirizzo, and compares it with the logical address LA7ï½ LA0 set by the hardware address switch on this module. If the logical value on AM5ï½ AM0 is 29H or 2DH (Because it is an A16/D16 device), quando le linee di indirizzo A15 e A14 sono entrambe 1, and the logic value on A13ï½ A06 is equal to the logic address of the module, the device is addressed and strobed (CADDR* is true). Then the result is sent to the lower decoding control, e il registro del modulo nello spazio degli indirizzi a 16 bit viene selezionato decodificando gli indirizzi A01ï½ A05.

1.3 Data transmission response state machine

The data transmission bus is a group of high-speed asynchronous parallel data transmission buses, which is the main component of the information exchange of the VMEbus system. Le linee di segnale del bus di trasmissione dati possono essere suddivise in tre gruppi:, data lines, e linee di controllo. The design of this part adopts MAX+PLUS…¡ text input design method. A causa della tempistica complicata del DTACK**, AHDL language is used to design and realize through state machine. Questo modulo funzionale configura i segnali di controllo nel bus backplane VXI, and provides timing and control signals for the standard data transmission cycle (generating the data transmission enable signal DBEN*, the response signal DTACK* required by the bus to complete the data transmission, ecc.). During data transmission, Il controller di sistema si rivolge prima al modulo e imposta le corrispondenti linee stroboscopiche AS**, data strobe lines DS0*, DS1*, and WRITE* signal lines that control the direction of data transmission to be valid Level. When the module detects that the address matches and the control lines are valid, drive DTACK* to low level to confirm to the bus controller that the data has been placed on the data bus (read cycle) or data has been successfully received (write cycle) ).

1.4 Configuration Register

Each VXI bus device has a set of "configuration registers". Il controllore principale del sistema ottiene alcune informazioni di configurazione di base del dispositivo bus VXI leggendo il contenuto di questi registri, come il tipo di dispositivo, modello, manufacturer, address space (A16, A24). , A32) and the required storage space, ecc. The basic configuration registers of VXI bus devices include: identification registers, registri del tipo di dispositivo, status registers, e registri di controllo. The design of this part of the circuit adopts the MAX+PLUS…¡ schematic design method, utilizzando il chip 74541 e i moduli funzionali da esso creati. The ID, DT, and ST registers are read-only registers, e i registri di controllo sono registri di sola scrittura. In this design, Il bus VXI viene utilizzato principalmente per controllare l'accensione e lo spegnimento di questo lotto di interruttori, so as long as you write data to the channel register, è possibile controllare lo stato di aspirazione o disconnessione dell'interruttore relè, and query the relay status is also read from the channel register The data is fine. Secondo i requisiti di progettazione del modulo, write appropriate content in the corresponding data bits, in modo da controllare efficacemente l'interruttore di radiofrequenza del modulo funzionale.

2. The design of the module function circuit board

Each VXI bus device has a set of "configuration registers". The system main controller obtains some basic configuration information of the VXI bus device by reading the contents of these registers, such as device type, model, manufacturer, address space (A16, A24). , A32) and the required storage space, etc. La gamma di frequenza del circuito di radiofrequenza è di circa 10kHz a 300GHz. As the frequency increases, I circuiti a radiofrequenza mostrano alcune caratteristiche diverse dai circuiti a bassa frequenza e dai circuiti CC. Therefore, nella progettazione della scheda del circuito di radiofrequenza, special attention should be paid to the influence of the radio frequency signal on the board. Il circuito di commutazione RF è controllato dal bus VXI. In order to reduce interference in the design, la parte del circuito di interfaccia bus e il circuito di funzione dell'interruttore RF sono collegati da un cavo piatto. The following mainly introduces the Scheda PCB progettazione del circuito di funzione dell'interruttore RF.

2.1 Layout of components

Electromagnetic compatibility (EMC) refers to the ability of an electronic system to work normally in accordance with design requirements in a prescribed electromagnetic environment. For RF circuitProgettazione PCB, La compatibilità elettromagnetica richiede che ogni modulo del circuito non produca il più possibile radiazioni elettromagnetiche, and has a certain degree of anti-electromagnetic interference ability. Il layout dei componenti influenza direttamente l'interferenza e la capacità anti-interferenza del circuito stesso. It also directly affects the performance of the designed circuit. Il principio generale del layout: i componenti devono essere disposti nella stessa direzione il più possibile, and poor soldering can be reduced or even avoided by selecting the direction of the PCB entering the soldering system; there must be at least 0.Distanza di 5mm tra i componenti per soddisfare i requisiti di saldatura dei componenti , Se lo spazio del Scheda PCB allows, la distanza tra i componenti deve essere il più ampia possibile. The reasonable layout of components is also a prerequisite for reasonable wiring, quindi dovrebbe essere considerareato globalmente. In this design, il relè è utilizzato per convertire il canale del segnale di radiofrequenza, so the relay should be placed as close to the signal input and output as possible, in modo da ridurre al minimo la lunghezza della linea del segnale di radiofrequenza, and make a reasonable wiring for the next step. consider. In addition, il circuito di commutazione a radiofrequenza è controllato dal bus VXI, and the influence of the radio frequency signal on the VXI bus control signal is also an issue that must be considered during layout.

2.2 Wiring

After the layout of the components is basically completed, il cablaggio deve essere avviato. The basic principle of wiring is: When the assembly density permits, provare a utilizzare la progettazione di cavi a bassa densità, and the signal wiring should be as thick and thin as possible, che favorisce la corrispondenza dell'impedenza. For radio frequency circuits, la progettazione irragionevole della direzione della linea del segnale, width, e la distanza tra le linee può causare interferenze incrociate tra le linee di trasmissione del segnale; in più, the system power supply itself also has noise interference, Quindi una considerazione completa deve essere presa quando si progetta il circuito a radiofrequenza PCB. Reasonable wiring. Durante il cablaggio, all traces should be far away from the border of the Scheda PCB ((circa 2mm)), in modo da evitare disconnessioni o pericoli nascosti di disconnessione durante la produzione del Scheda PCB. The power cord should be as wide as possible to reduce loop resistance. Allo stesso tempo, make the direction of the power cord and ground wire consistent with the direction of data transmission to improve the anti-interference ability. Le linee di segnale dovrebbero essere il più brevi possibile, and the number of vias should be reduced as much as possible; the wiring between the components should be as short as possible to reduce the distribution parameters and mutual electromagnetic interference; for incompatible signal lines should be as far away as possible from each other , E cerca di evitare il cablaggio parallelo, and the signal lines on the front and back sides should be perpendicular to each other: when wiring, gli angoli dovrebbero essere 135 gradi, avoid turning right angles. Nella progettazione di cui sopra, the Scheda PCB utilizza una scheda a quattro strati. In order to reduce the influence of the radio frequency signal on the VXI bus control signal, le due linee di segnale sono posizionate rispettivamente nei due strati centrali, and the radio frequency signal line is shielded with a grounding via tape.

2.3 Power cord and ground wire

The wiring in theProgettazione PCB Il circuito di radiofrequenza necessita di particolare enfasi sul corretto cablaggio della linea elettrica e della linea di terra. The reasonable choice of power supply and ground wire is an important guarantee for the reliable operation of the instrument. Molte fonti di interferenza sul PCB del circuito di radiofrequenza sono generate dall'alimentazione elettrica e dal cavo di terra, among which the noise interference caused by the ground wire. Secondo le dimensioni del Scheda PCB current, la linea elettrica e la linea di terra devono essere progettati il più spesso e corto possibile per ridurre la resistenza del ciclo. At the same time, rendere la direzione della linea elettrica e della linea di terra coerente con la direzione della trasmissione dei dati, which helps to enhance the anti-noise ability. Quando le condizioni lo consentono, try to use multi-layer boards. Le schede a quattro strati sono 20dB inferiori alle schede a due lati, Le schede a sei strati sono 10 dB inferiori alle schede a quattro strati. In the four-layer Scheda PCB progettato in questo articolo, both the top and bottom layers are designed as grounding layers. In questo modo, no matter which layer of the middle layer is the power layer, la relazione fisica tra lo strato di potenza e lo strato di terra è vicina l'una all'altra, forming a large decoupling capacitor, ridurre le interferenze causate dal filo di terra. A large area of copper is used for the grounding layer. Large-area copper paving mainly has the following functions:
(1) EMC. For a large area of ground or power supply copper, svolgerà un ruolo di schermatura.
(2) PCB process requirements. Generalmente, in order to ensure the effect of electroplating or the lamination is not deformed, rame è posato sullo strato PCB con meno cablaggio.
(3) The signal integrity is required to provide a complete return path for high-frequency digital signals and reduce the wiring of the DC network.
(4) Heat dissipation, copper plating is required for installation of special devices, etc.

3. Conclusion

The VXI bus system is a modular instrument bus system that is completely open worldwide and is suitable for multiple vendors. It is the current instrument bus system in the world. Quanto sopra introduce principalmente lo sviluppo del modulo di commutazione di radiofrequenza basato sul bus VXI. Introduce la progettazione dell'interfaccia bus e la progettazione del Scheda PCB for the functional circuit of the radio frequency switch module. L'interruttore di radiofrequenza è controllato dal bus VXI, which increases the flexibility of the switch operation and is convenient to use.