PCBブログ - RF回路とデジタル回路をPCBボードに置く方法

それらは小さなPCBボードに統合することができ,無線デジタルオーディオ,デジタルビデオデータ伝送システム,無線リモートコントロールおよびテレメトリーシステム,無線データ取得システム,無線ネットワークおよび無線セキュリティシステムおよび他の多くの分野で使用されます.シングルチップ無線周波数装置は大幅に容易にします

1.デジタル回路とアナログ回路の間の潜在的な衝突アナログ回路（RF）とデジタル回路（マイクロコントローラ）が別々に動作する場合、それらは良く動作するかもしれませんが、同じボードに置かれ、同じ電源から動作すると、システム全体が不安定である可能性があります。これは主にデジタル信号が地面と正電源（サイズ3V）の間で頻繁に振動し、期間が非常に短く、しばしばnsレベルで起こるためです。幅が大きく,切り替え時間が短いため,これらのデジタル信号には切り替え周波数と独立した多くの高周波部品が含まれています.アナログ部分では、アンテナチューニングループからワイヤレスデバイスの受信部分に送信される信号は一般的に1μV未満である。したがって、デジタル信号とRF信号の違いは10-6（120 dB）になります。当然,デジタル信号が無線周波信号からよく分離されていない場合,弱い無線周波信号が損傷し,無線デバイスの動作性能が悪化し,または完全に動作できない可能性があります.

2. 同じPCBIのRF回路およびデジタル回路の一般的な問題敏感で感感度の高いおよび2 2 2 敏感な2 2 2 2.敏感で2 2 2 2 2.敏感かつ2 2. 敏感性および2.敏感かつ2.敏感性および2.敏感上記のように、デジタル信号は高いスイングを持ち、多くの高周波数ハーモニックを含んでいます。PCB上のデジタル信号ルーティングが敏感なアナログ信号に隣接する場合,高周波数ハーモニックがカップルすることができます.RFデバイスの敏感なノードは通常,フェーズロックループ (PLL) ループフィルター回路,外部電圧制御振動器 (VCO) インダクタンス,結晶参照信号およびアンテナ端末であり,回路のこれらの部分は特別な注意を払うべきです. (1) 電源ノイズ入力/出力信号は数ボルトのスイングを持つため,デジタル回路は一般的に電源ノイズ (50mV未満) に対して受け入れられます.一方,アナログ回路は,電源ノイズ,特にglitch電圧や他の高周波数ハーモニックに非常に敏感です.したがって,RF (またはその他のアナログ) 回路を含むPCB上の電源線のルーティングは,通常のデジタルボードよりも慎重に行わなければならず,自動ルーティングを避けるべきです.また、マイクロコントローラ（または他のデジタル回路）は、現代のマイクロコントローラがCMOSプロセスで設計されているため、各内部クロックサイクルの間に短期間に電流のほとんどを突然抽出することに注意すべきです。したがって、1MHzの内部クロック周波数で動作するマイクロコントローラを前提として、この周波数で電源から電流（パルス）を引き出し、適切な電源分離が行われない場合、必然的に電源線上の電圧glitchを引き起こします。これらの電圧のglitchsが回路のRF部分の電源ピンに到達する場合,それは深刻に作業の故障につながる可能性があるため,アナログ電源ラインがデジタル回路領域から分離されていることを確認しなければなりません. (2) 不合理な地面線RF回路板は,常に電源の負側に接続された地面面を持つべきで,適切に扱わなければいくつかの奇妙な行動を引き起こす可能性があります.これはデジタル回路デザイナーにとって理解することが難しいかもしれません なぜなら、ほとんどのデジタル回路は地面なしでも良く機能します。RF周波数帯では、非常に短い線でさえインダクタンスのように機能することができます。粗略に計算すると,長さ1mmあたりのインダクタンスは約1nHであり,434MHzで10mmのPCBラインのインダクタンスは約27Ω.地面平面がなければ,ほとんどの地面線は長く,回路は設計特性を保証することができません. (3) アンテナから他のアナログ部品への放射 RFおよび他の部品を含む回路では、これはしばしば見逃されます。RFセクション以外に、通常ボードには他のアナログ回路があります。たとえば,多くのマイクロコントローラには,アナログ入力やバッテリー電圧やその他のパラメータを測定するためのアナログ-デジタルコンバータ (ADC) が組み込まれています.RFトランスミッターのアンテナがこのPCBの近く（または上に）に位置している場合、放出された高周波信号はADCのアナログ入力に到達することができます。どの回路線でもアンテナのようなRF信号を送信または受信することができることを忘れないでください。ADC入力が適切に処理されない場合,RF信号はADC入力のESDダイオードで自己感動し,ADCを漂移させることができます.同じPCB上のRF回路とデジタル回路を使用するソリューションAほとんどのRFアプリケーションにおける一般的な設計とルーティング戦略は以下に示されています.しかし,現実世界のアプリケーションでRFデバイスのルーティングの推奨に従うことがより重要です. (1) 信頼性の高い地面平面RF部品を備えたPCBを設計するとき、信頼性の高い地面平面は常に使用されるべきです。その目的は,回路内に有効な0Vポテンシャルポイントを確立し,すべてのデバイスを簡単に分離することです.電源の0V端末はこの地面に直接接続する必要があります。地面平面の低いインピーダンスにより、分離された2つのノード間の信号カップリングはありません。ボード上の複数の信号の振幅が120dB異なる可能性があるため,これは非常に重要です.表面マウントPCBでは,すべての信号ルーティングは部品マウント表面の同じ側にあり,地面は反対側にあります.理想的な地面はPCB全体（アンテナPCBの下を除く）をカバーする必要があります。2層以上のPCBが使用されている場合,地面層は信号層に隣接する層 (部品側の次の層など) に置く必要があります.もう一つの良いアプローチは,信号ルーティング層の空白部分を地面平面で満たすことであり,これらは複数の通路を通じてメイン地面平面に接続する必要があります.グラウンドポイントの存在がその隣のインダクタンス特性の変化を引き起こすので,インダクタンス値の選択とインダクタンスの配置を慎重に検討する必要があります. (2) 地面層への接続距離を短縮する 地面平面へのすべての接続はできるだけ短く保持されなければならず,地面通路は部品パッドに (または非常に近く) 置かなければなりません.2つの地面信号が地面通路を共有することを決して許さないでください. これは通路接続インピデンスにより2つのパッド間のクロストックを引き起こす可能性があります. (3) RF decouplingデカップリングコンデンサーはピンにできるだけ近く置かれ、コンデンサーのデカップリングは分離する必要があるすべてのピンで使用されるべきです。高品質のセラミックコンデンサーを使用して,介電タイプは"NPO",X7R"もほとんどのアプリケーションでうまく動作します.理想的なコンデンサー値は,シリーズ共振が信号周波数と同じように選択する必要があります.例えば、434MHzで、SMDに搭載された100pFコンデンサーはうまく機能します。この周波数では、コンデンサーの容量反応率は約4Ωであり、通路の感導反応率は同じ範囲にある。シリーズのコンデンサーとビアは信号周波数のためのノッチフィルターを形成し,効果的な分離を可能にします.868 MHzでは、33 pFコンデンサーが理想的な選択です。RF分離のための小値コンデンサーに加えて,低周波数を分離するために電源線に大値コンデンサーを置く必要があります.2.2μFセラミックまたは10μFタンタルコンデンサーを選択します。 （4）電源供給のスター配線スター配線はアナログ回路設計でよく知られているトリックです。スター配線 - ボードの各モジュールは,共通の電源ポイントから独自の電源ラインを持っています.この場合,スタールーティングは,回路のデジタルおよびRF部品は,ICの近くに別々に分離される必要がある独自の電源ラインを持つことを意味します.これは、RF部からの電源ノイズに対する部分的かつ効率的なアプローチからのスペーサーです。同じ回路板に重音のあるモジュールを置く場合,電源線とモジュールの間にインダクタ (磁性ビード) または小値抵抗器 (10 Ω) を連続して接続することができ,少なくとも10 Î ¼F のタンタルコンデンサーを使用する必要があります.モジュールの電源分離。このようなモジュールはRS 232ドライバーまたはスイッチングパワーレグレータである。 (5) PCBボードのレイアウトの合理的な配置ノノノイズモジュールと周囲のアナログ部品からの干渉を減らすために,ボード上の各回路モジュールのレイアウトは重要です.感度モジュール（RFセクションとアンテナ）は、干渉を避けるために常に干干干干干干干干干干渉を避けるために感感感性モジュール（マイクロコントローラーおよびRS 232ドライバー）から離れるべきです。 (6) 他のアナログ部品に対するRF信号の影響を保護上記のように,RF信号はADCのような他の敏感なアナログ回路ブロックを送信するときに干渉することができます.ほとんどの問題は,低い動作周波数帯域 (例えば 27 MHz) および高い出力レベルで発生します.地面に接続されたRFデカップリングコンデンサー（100p F）で敏感なポイントを分離することは良い設計実践です。 (7) オンボードループアンテナのための特別な考慮事項アンテナはPCB全体で作ることができます。伝統的なwhipアンテナと比べると,スペースと生産コストを節約するだけでなく,メカニズムでより安定して信頼性があります.伝統的に、ループアンテナ設計は比較的狭い帯域幅に使用され、望ましくない強い信号を受信機に干渉させることを抑制します。ループアンテナ（他のすべてのアンテナのように）は、近くの周周周辺のルールールールーループアンテナからルールーループアンテナは、周辺のルールーループアンテナ（他のすべてのアンテナのように）から電容容性的にループリングされたルームループアンテナが、周辺のループルップループアンテナからループこれは受信機に干渉し,送信機の調節に影響を与える可能性があります.したがって、デジタル信号線はアンテナの近くにルートすることはできず、アンテナの周りに空きスペースを保つことをお勧めします。アンテナに近いものはチューニングネットワークの一部となり,アンテナが予定された周波数から離れ,送信および受信の放射線範囲 (距離) を減らします.この事実は,すべてのタイプのアンテナに対して注意しなければならず,回路板のエンクローザー (周辺パッケージ) もアンテナの調整に影響を与える可能性があります.同時に,アンテナ領域の地面面を取り除くことに注意する必要があります.そうでなければアンテナは効果的に動作しません.4 結論,急速に発展している無線周波統合回路は,無線デジタルオーディオおよびビデオデータ伝送システム,無線リモートコントロール,遠隔測定システム,無線データ収集システム,無線ネットワークおよび無線セキュリティシステムの設計に従事するエンジニアと技術者に無線アプリケーションの .同時に,RF回路の設計には,設計者が一定の実践的な経験とPCBボード設計機能を持つ必要があります.