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Tecnologia PCBA
Progettazione di circuiti stampati funzionali basati sul modulo di commutazione RF
Tecnologia PCBA
Progettazione di circuiti stampati funzionali basati sul modulo di commutazione RF

Progettazione di circuiti stampati funzionali basati sul modulo di commutazione RF

2021-11-11
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Author:ipcber

With il printed circuit boards of modern wireless communication systems, comunicazione mobile, radar, Le comunicazioni via satellite e altri sistemi di comunicazione hanno requisiti più elevati sulla velocità di commutazione, power capacity, integrazione, ecc. Il modulo bus VXI dei requisiti speciali del partito è di grande importanza. We will use the idea of virtual instrument to realize the hardware circuit in the form of software. L'interruttore RF progettato qui sotto può essere controllato direttamente dal computer e può essere facilmente collegato con il sistema di test bus VXI. Integrating and maximizing the application of computer and microelectronics technology in today's testing field has broad prospects for development.

pcb board


1. Design and implementation of VXI bus interface circuit
VXIbus is an extension of VMEbus in the field of instrumentation and is a computer-operated modular automatic instrumentation system. Si basa su una standardizzazione efficace e adotta un approccio modulare per realizzare la serializzazione, generalization, e l'intercambiabilità e l'interoperabilità degli strumenti VXIbus. Its open architecture and Plug&Play method fully meet the requirements of information products. Ha i vantaggi della trasmissione di dati ad alta velocità, compact structure, configurazione flessibile, good electromagnetic compatibility, ecc., so the system is very convenient to set up and use, e la sua applicazione è sempre più estesa, and it has gradually become a high-performance test system integrated bus.

Il bus VXI è completamente aperto, modular instrument backplane bus specification suitable for various instrument produttores. I dispositivi bus VXI sono principalmente suddivisi in: dispositivi basati su registri, Dispositivi basati su messaggi e dispositivi basati su memoria. The corrente proportion of register-based devices in applications (about 70%). Il circuito di interfaccia basato sul 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 the bus buffer driver is realized by 74ALS245 chip, gli altri sono realizzati da FPGA. Adopt a piece of FLEX10K chip EPF10K10QC208-3 and a piece of EPROM chip EPC1441P8, use the corresponding software MAX+PLUS…¡ to design and implement.

1.1 Bus buffer driver
This part completes the buffer receiving or driving of the dati lines, address lines e linee di controllo in the VXI backplane bus to meet the requirements of the VXI normative signal. Per A16/D16 devices, finché l'unità buffer del bus dati backplane D00 ~ D15 è realizzata. According to the requirements of the VXI bus specification, questa parte è implementata con due 74LS245, and is gated with DBEN* (generated by the data transmission response state machine).

1.2 Addressing and Decoding Circuits
The addressing lines include address lines A01-A31, linee stroboscopiche DS0** and DS1*, and long word lines LWORD*. The control lines include address strobe lines AS* and read/write signal lines WRITE*. The design of this circuit adopts the schematic design method of MAX+PLUS II. Using the existing components in the component library to design, Vengono utilizzati due pezzi da 74688 e un pezzo da 74138. The function module decodes the address lines A15-A01 and the address modification lines AM5-AM0. Quando il dispositivo è indirizzato, riceve le informazioni sull'indirizzo sulla linea di indirizzo e sulla linea di modifica dell'indirizzo, and compares it with the logical address LA7~LA0 set by the hardware address switch on the module. If the logical value on AM5~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 logical value on A13-A06 is equal to the logical address of the module, the device is addressed and strobe (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 è selezionato decodificando gli indirizzi A01-A05.


1.3 Data transmission response state machine
Data transmission bus is a group of high-speed asynchronous parallel data transmission bus, which is the main component of VMEbus system information exchange. Le linee di segnale del bus di trasmissione dati possono essere suddivise in tre gruppi:, data lines, and control lines. The design of this part adopts the text input design method of MAX+PLUS…¡. Since the timing of DTACK* is more complicated, AHDL language is used to design and realize through state machine. Questo modulo di funzione 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 bus response signal DTACK* required for data transmission, etc.). During data transmission, il controllore di sistema si rivolge prima al modulo, and sets the corresponding address strobe lines AS*, data strobe lines DS0*, DS1*, and WRITE* signal lines that control the direction of data transmission to valid level. When the module detects that the address matches and each control line is valid, it drives DTACK* to a low level to confirm to the bus controller that the data has been placed on the data bus (read cycle) or that data has been successfully received (write cycle). ).

1.4 Configuration Register
Each VXI bus device has a set of "configuration registers", e il controller master di 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, etc. The basic configuration registers of VXI bus devices are: identification register, registro del tipo di dispositivo, status register, e registro di controllo. The design of this part of the circuit adopts the schematic diagram design method of MAX+PLUS II, e utilizza il chip 74541, the function module created by it. L'ID, DT, I registri ST sono tutti registri di sola lettura, and the control register is a write-only register. In questo disegno, the VXI bus is mainly used to control the on-off of these switches. Pertanto, as long as data is written to the channel register, lo stato on-off o off dell'interruttore del relè può essere controllato. Querying the relay state is also read from the channel register. data. According to the design requirements of the module, contenuto appropriato è scritto in ogni bit di dati corrispondente, in modo che l'interruttore di radiofrequenza del modulo funzionale possa essere controllato efficacemente.

2. Progettazione del circuito funzionale del modulo Scheda PCB
Each VXI bus device has a set of "configuration registers", and the system master 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 dei circuiti RF è di circa 10kHz a 300GHz. As the frequency increases, I circuiti a radiofrequenza presentano alcune caratteristiche che differiscono dai circuiti a bassa frequenza e dai circuiti CC. Therefore, durante la progettazione Scheda PCB of the RF circuit, è necessario prestare particolare attenzione all'influenza del segnale RF sul Scheda PCB. This RF switch circuit is controlled by the VXI bus. Al fine di ridurre le interferenze nella progettazione, a cable is used to connect the bus interface circuit and the RF switch function circuit. Quanto segue introduce principalmente la progettazione del Scheda PCB of the RF switch function circuit.

2.1 Layout of components
Electromagnetic compatibility (EMC) refers to the ability of an electronic system to function

normally in a specified electromagnetic environment as designed. Per la progettazione del circuito RF PCB, electromagnetic compatibility requires that each circuit module does not generate electromagnetic radiation as much as possible, e ha una certa capacità di resistere alle interferenze elettromagnetiche. The layout of components directly affects the interference and anti-interference ability of the circuit itself. Influenza anche direttamente le prestazioni del circuito progettato.

Il principio generale del layout: i componenti devono essere disposti nella stessa direzione possibile, and the phenomenon of poor soldering can be reduced or even avoided by selecting the direction in which the PCB enters the tin melting system; the spacing between components must be at least 0.5mm per soddisfare i requisiti di fusione dello stagno dei componenti , If the space of the Scheda PCB permette, the spacing of the components should be as wide as possible. La disposizione ragionevole dei componenti è anche un prerequisito per un cablaggio ragionevole, so it should be considered comprehensively. In questo disegno, the relay is the channel used to convert the RF signal, quindi il relè dovrebbe essere posizionato il più vicino possibile all'ingresso e all'uscita del segnale, so as to shorten the length of the RF signal line as much as possible, e fare un cablaggio ragionevole per il passo successivo. consider. Inoltre, the RF switch circuit is controlled by the VXI bus, e l'influenza del segnale RF sul segnale di controllo del bus VXI è anche un problema che deve essere considerato durante il layout.

2.2 Wiring
After the layout of the components is basically completed, the wiring should be started. Il principio di base del cablaggio è: quando la densità di assemblaggio lo consente, try to choose a low-density wiring design, e le tracce del segnale dovrebbero essere il più spesse possibile, which is conducive to impedance matching. Per il circuito RF, the unreasonable design of the direction, la larghezza e la spaziatura delle linee di segnale possono causare interferenze incrociate tra le linee di trasmissione del segnale; in più, the system power supply itself also has noise interference, quindi deve essere considerato in modo completo quando si progetta il circuito RF PCB. Reasonable wiring. Durante il cablaggio, tutte le tracce devono essere tenute lontano dalla cornice del Scheda PCB (about 2mm), in modo da evitare la possibilità di disconnessione o potenziale disconnessione durante la produzione del Scheda PCB. The power line should be as wide as possible to reduce the loop resistance. Allo stesso tempo, the direction of the power line and the ground line should be 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 minimized; the connection between components should be as short as possible to reduce distribution parameters and mutual electromagnetic interference; for incompatible signal lines, dovrebbero essere tenuti lontani l'uno dall'altro per quanto possibile. , and try to avoid parallel wiring, e le linee di segnale sui lati anteriore e posteriore dovrebbero essere perpendicolari l'uno all'altro: durante il cablaggio, a 135-degree angle should be used where a corner is required, e un angolo retto dovrebbe essere evitato. In the above design, the Scheda PCB adopts a four-layer board. Per ridurre l'influenza del segnale di radiofrequenza sul segnale di controllo del bus VXI, the two signal traces are placed in the middle two layers, e la linea del segnale di radiofrequenza è schermata con vias di terra.

2.3 Power and ground wires
The wiring in the RF circuit PCB design needs special emphasis on the correct wiring of the power lin

e and the ground line. Reasonable selection of power supply and grounding method is an important guarantee for the reliable operation of the instrument. Un bel po 'di fonti di interferenza sul Scheda PCB of the RF circuit are generated by the power supply and the ground wire, e l'interferenza acustica causata dal filo di terra. According to the size of the Scheda PCB current, the power lines and ground lines should be designed as thick and short as possible to reduce the loop resistance. Allo stesso tempo, the direction of the power line and the ground line is consistent with the direction of data transmission, che contribuisce a migliorare la capacità anti-rumore. Quando le condizioni lo consentono, try to use multi-layer boards. Il rumore della scheda a quattro strati è 20dB inferiore a quello della scheda a doppio strato, and the noise of the six-layer board is 10dB lower than that of the four-layer board. In the four-layer Scheda PCB designed in this paper, gli strati superiore e inferiore sono entrambi progettati come strati di terra. In this way, non importa quale strato dello strato medio è lo strato di potenza, the physical relationship between the power layer and the ground layer is close to each other, formare un grande condensatore di disaccoppiamento e ridurre le interferenze causate dal filo di terra. The ground layer uses a large area of copper. Large-scale copper laying 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 electroplating effect, o la laminazione non è deformata, copper is applied to the PCB layer with less wiring.
(3) Signal integrity requirements, give high-frequency digital signals a complete return path, e ridurre il cablaggio della rete DC.
(4) Heat dissipation, L'installazione di dispositivi speciali richiede la placcatura in rame, etc.

3. Conclusion
VXI bus system is a modular instrument bus system that is completely open in the world and is suitable for multi-manufacturers. È l'attuale sistema di bus strumenti nel mondo. The above mainly introduces the development of the RF switch module based on VXI bus. Vengono introdotti il design dell'interfaccia bus e il design PCB della parte del circuito funzionale del modulo interruttore RF. L'interruttore RF è controllato dal bus VXI, which increases the flexibility of switch operation and is easy to use on Scheda PCB.