精密PCB製造、高周波PCB、高速PCB、標準PCB、多層PCB、およびPCBアセンブリ。
最も信頼性の高いPCB&PCBAカスタムサービスファクトリー。
PCBブログ
携帯電話PCBボード設計RFレイアウト技術
PCBブログ
携帯電話PCBボード設計RFレイアウト技術

携帯電話PCBボード設計RFレイアウト技術

2022-03-17
View:182
Author:pcb

携帯電話の機能の増加が必要 PCBボード デザイン. Bluetoothデバイスの出現, 携帯電話と3 G, 技術者はRF回路設計技術にますます注目を集めている. RFボード設計は、理論的な不確かさのために「黒い芸術」としばしば記述されます, しかし、このビューは部分的にのみ. RFボードの設計には多くの規則があり、無視できるべき規則があります. しかし, 実際的設計, 本当に便利なテクニックは、これらの原理と法則を妥協する方法です. もちろん, 議論する価値がある多くの重要なRFデザイントピックがあります, インピーダンスとインピーダンス整合を含むこと, 絶縁層材料及び積層体, 波長と定在波, それで、これらは携帯電話のEMCとEMIに大きな影響を及ぼします. 以下は、携帯電話のRFレイアウトを設計する際に満たすべき条件の概要である PCBボード:


可能な限り、高電力RF増幅器(HPA)及び低雑音増幅器(LNA)は、高電力RF送信回路を低電力RF受信回路から遠ざけるようにする。携帯電話は、多くのコンポーネントを備えていますが、PCBのスペースは小さく、配線の制限の設計プロセスを考慮して、設計スキルのすべての要件は比較的高いです。この時点で、4つから6つのPCB層を同時に設計する必要があります。高電力回路はまた、時々、RFバッファおよび電圧制御発振器(VCO)を含むことができる。そこに穴がないPCBの上の高パワー領域の少なくとも1つの床があることを確認してください。もちろん、より多くの銅の皮膚が良い。敏感なアナログ信号は、できるだけ高速なデジタル信号とRF信号から遠く離れている必要があります。


2 .デザインパーティションは、物理パーティションと電気パーティションに分割できます。物理的分割は、主に、コンポーネントのレイアウト、オリエンテーションおよびシールドなどを含む。電気的区画は、配電、RF配線、高感度回路および信号、および接地用のパーティションに分解され続けることができる。

2.1物理的な分割を議論します。コンポーネントのレイアウトは、RFデザインを実装するキーです。有効な技術は、RF経路上で最初に部品を固定し、それらを指向して、RF経路の長さが、入力が出力から遠く離れているように、そして、高出力および低電力回路ができるだけ切り離されるように低減されることである。回路基板をスタックするための効率的な方法は、表面上の第2の層の上に主接地床(主接地)を配置することであり、RFラインをできるだけ表面にすることである。RF経路におけるスルーホールのサイズを小さくすることは、経路インダクタンスを減少させるだけでなく、メイングラウンド上の仮想はんだ接合を低減し、また、ラミネート内の他の領域へのRFエネルギー漏れの可能性を低減する。物理的なスペースでは、多段増幅器のような線形回路は、通常、複数のRF領域を互いに分離するのに十分であるが、ダイプレクサ、ミキサ、およびIF増幅器/ミキサは、常に複数のRF/IF信号を互いに干渉しているので、この効果は慎重に低減されなければならない。


2.2 RFとIFは可能な限り交差し、可能な限り分離しなければならない. 正しいRFパスは、PCB全体の性能に非常に重要である, コンポーネントのレイアウトは、通常、モバイルPCBの設計ではほとんどの時間を占めている理由です. 携帯電話のPCBデザイン, 通常、低雑音増幅器回路をPCBの一方の側と他方の側の高出力増幅器に配置することが可能である, そして、最終的に、それらをダイパ. 若干のトリックは、まっすぐなスルーホールがボードの一方の側からもう一方までRFエネルギーを転送しないことを確実とするのに必要です, そして、一般的なテクニックは、両側にブラインドホールを使用することです. RF干渉がないPCBの両側の領域にストレートスルーホールを配置することにより、ストレートスルーホールの悪影響を最小限に抑えることができる. 時々、それは多重回路ブロック間の十分な絶縁を確実にすることができない, その場合、RF領域内でRFエネルギーをシールドするために金属シールドを考慮しなければならない. 金属シールドは、地面に販売されなければならなくて、コンポーネントから妥当な距離に保たれなければなりません, したがって、貴重なPCBスペースを取り上げます. シールドカバーの整合性をできるだけ確保することは非常に重要です. 金属シールドカバーに入るデジタル信号線は、できるだけなるべく内側の層を通り抜けるべきである, そして、配線層の下のPCB層は層である. RF信号線は、金属シールドカバーの底部とギャップの配線層の小さな間隙から出ることができる, しかし、できるだけ多くのギャップの周り布を地面に, 異なる層上のグラウンドは、複数の孔36を介して接続され得る.


2.3適切で効果的なチップパワーデカップリングも非常に重要です。集積された線形回路を有する多くのRFチップは、電源ノイズに非常に敏感であり、一般に、各チップは、すべての電源ノイズがフィルタリングされることを保証するために、最大4個のコンデンサと絶縁インダクタを必要とする。集積回路または増幅器は、しばしばオープンドレイン出力を有するので、プルアップインダクタは、高インピーダンスRF負荷および低インピーダンスDC電源を提供するために必要である。同様の原理は、インダクタ端部の電源を分離することにも当てはまる。いくつかのチップは、動作するためにより多くの電力を必要とするので、キャパシタンスおよびインダクタンスの2セットまたは3セットをそれぞれにデカップリングする必要があるかもしれません。


2.4電気的ゾーニングの原則は一般的に物理的なゾーニングと同じですが、いくつかの他の要因が含まれます。電話の一部は異なる電圧で動作し、バッテリ寿命を延長するためにソフトウェアによって制御される。それは、電話が複数の電源で動く必要があるということを意味します。通常、電源はコネクタから持ち込まれ、すぐに回路基板の外部から来るどんなノイズもフィルタリングして、スイッチまたはレギュレータのセットを通して分配される。携帯電話PCB上の大部分の回路のDC電流はかなり小さいので、配線幅は通常問題ではないが、高電圧増幅器の電源のために可能な限り広い電流ラインを分離して伝送電圧降下を減少させなければならない。過大な電流損失を回避するために、複数の孔が1つの層から別の層へ電流を伝達するために使用される。加えて、高出力増幅器の電力ピン端で十分に分離されない場合、高電力ノイズは基板全体に放射され、あらゆる種類の問題をもたらす。高出力増幅器の接地は重要であり、しばしば金属シールドの設計を必要とする。ほとんどの場合、RF出力がRF入力から遠ざかるようにすることも重要である。これは増幅器、バッファおよびフィルタにも当てはまる。悪い場合には、増幅器およびバッファは、その出力が適切な位相および振幅を有する入力にフィードバックされる場合、自励振動を発生させることができる。この場合、任意の温度及び電圧条件下で安定に動作することができる。実際、それらは不安定になり、RF信号にノイズおよび相互変調信号を追加することができる。RF信号線が入力からフィルタの出力に戻る必要がある場合、これはフィルタの帯域通過特性を重大に損なうことができる。入出力の良好な分離を達成するためには、フィールドを最初にフィルタの周囲に配置しなければならず、次にフィールドはフィルタの下部領域に配置されなければならず、フィルタを取り囲むメイングラウンドに接続されなければならない。また、可能な限りフィルタピンから遠くにフィルタを通過する必要のある信号線を配置するのも良い考えである。さらに、ボード全体の接地は非常に慎重でなければならない。時には、シングルエンドまたはバランスのとれたRF信号ラインを実行するように選択することができますクロス干渉とEMC / EMIの原則もここに適用されます。バランスのとれたRF信号線は正確に発送されるならば、雑音と交差干渉を減らすことができます、しかし、彼らのインピーダンスは通常高いです、そして、実際の配線は信号源にマッチするインピーダンスを得るために合理的な線幅を維持することによって達成するのが幾分困難であるかもしれません。それらが2つの部品に同じシグナルを分割することができて、特にローカル発振器が複数のミキサを駆動するためにバッファを必要とするかもしれない場合、それらが異なる回路を駆動するために用いることができるので、バッファは分離を改良するために用いることができる。ミキサがRF周波数でコモンモード分離状態に達すると、適切に動作しない。回路が互いに干渉しないように、バッファは異なる周波数でインピーダンス変化を分離するのによい。彼らが運転される必要がある回路に近寄ることができるので、バッファはデザインの大きな助けです。そして、高出力出力線を非常に短くします。バッファの入力信号レベルが低いので、それらは基板上の他の回路と干渉しにくい。電圧制御発振器(VCO)は、様々な周波数を高速チャネルスイッチングのために使用される様々な周波数に変換するが、それらはまた、制御電圧上の微小量のノイズを小さな周波数変化に変換し、これはRF信号にノイズを加える。


2.5は、雑音が増加しないことを確実とするために以下の局面を考慮しなければなりません:最初に、制御線の予想された帯域幅範囲はDCから2 MHzであるかもしれません、そして、フィルタリングによってそのような広いバンドの雑音を除去するのはほとんど不可能です第2に、VCO制御ラインは、通常、周波数を制御するフィードバックループの一部であり、多くの場所でノイズを導入することができるので、VCO制御ラインは、慎重に処理されなければならない。RF床がしっかりしていることを確認してください、そして、すべての構成要素は主な床にしっかりと接続されて、雑音を引き起こすかもしれない他のワイヤーから切り離されます。加えて、VCOの電源が十分に分離されていることを確実にするために、そのRF出力が比較的高いレベルである傾向があり、VCO出力信号が他の回路と容易に干渉することができるので、特別な注意をVCOに支払わなければならない。実際には、VCOはしばしばRF領域の端部に配置され、時には金属シールドを必要とする。共振回路(送信機のための1つ、受信機のためのもう1つ)はVCOに関連するが、それら自身の特性を有する。簡単に言えば、共振回路は、VCO動作周波数を設定し、RF信号に音声またはデータを変調するのに役立つ容量ダイオードを有する並列共振回路である。すべてのVCO設計原理は、共振回路にも適用される。共振回路は一般に、多数の構成要素を含み、基板上に広い分布面積を有し、通常は高周波数で動作するので、ノイズに非常に敏感である。信号は、通常、チップの隣接するピン上に配置されるが、これらのピンは、比較的大きなインダクタおよびコンデンサと協働して動作する必要があり、これらのインダクタは、これらのインダクタおよびコンデンサが、近接して配置され、ノイズに敏感な制御ループに接続されることを必要とする。それをするのは簡単ではない。自動利得制御(agc)増幅器は,送信回路と受信回路の両方とも問題点である。AGC増幅器は通常ノイズをフィルタリングするのに有効であるが、送信されて受信された信号の強度の急速な変化を処理する携帯電話の能力は、AGC回路に対してかなり広い帯域幅を必要とし、それは特定の臨界回路上のAGC増幅器がノイズを導入するのを容易にする。AGC線の設計は、非常に短いオペアンプの入力ピンと非常に短いフィードバック経路に関連した良好なアナログ回路設計技術に従わなければならず、両者はRF、IF、または高速デジタル信号配線から離れていなければならない。良好な接地も不可欠であり、チップへの電力供給はよく分離されなければならない。入力または出力のどちらかを通して長い線を走らなければならないならば、それは出力であります、そこで、インピーダンスは通常非常により低くて、雑音に影響されません。一般に、信号レベルが高いほど、他の回路にノイズを導入することが容易になる。すべてのPCB設計では、デジタル回路をできるだけアナログ回路から遠ざけておくのが一般的な原理であり、これはRF PCB設計にも当てはまる。一般的に、遮蔽および分離された信号線のシミュレーションおよび使用が一般的に重要であるが、初期の設計段階では、慎重な計画および思慮深いコンポーネントのレイアウトと*評価のレイアウトを完了することは非常に重要であり、また、RF回路をアナログ回路およびいくつかの必須のデジタル信号、およびすべてのRFケーブルから遠ざけるべきである。溶接プレートと部品は、可能な限り銅のシートを埋めるために、可能な限り主に接続している必要があります。RFケーブルが信号ケーブルを交差させなければならないならば、主な地面に接続しているRFケーブルに沿って彼らの間で地面の層を築こうとしてください。これが不可能であるならば、それらが交差することを確認してください。そして、それは各々のRF線のまわりで可能な限り多くの地面を置いて、主要な地面にそれらをつなぐ間、最小に容量結合を減らします。加えて、平行RFライン間の距離を減らすことは、知覚結合を減らすことができる。他のデザイン方法もまた注意して使用することができますが、固体全体の床は、表面の下に直接配置するときに効果を分離することができます。PCBの各層にできるだけ多くの地面を覆い、メインフロアに接続します。内部の信号層と電力分配層のブロック数を増やすために配線をできるだけ配線し、配線の接続を調整して、接地接続孔を表面に分離したブロックに配置します。彼らがピックアップするか、小さいアンテナのような雑音を注入するので、自由な地面はPCB層で避けられなければなりません。ほとんどの場合、メイングラウンドに接続できない場合は、それらを取り出します。


3 .携帯電話用PCBボードの設計において、以下のような観点に留意すべきである

3.1 Processing of 電源 and ground wire

PCB基板全体の配線が良好であっても、電源と接地線による干渉はよくないので、製品の性能は低下し、製品の成功率にも影響することがある。したがって、電気の配線、接地線を真剣に扱われる必要があります、電気、接地線の場所が生成するノイズの干渉は、製品の品質を確保するために、限界に落ちる。電子製品の設計に携わっているエンジニアにとっては、接地線と電力線との間のノイズの原因が生じていることは明らかである。ここで、低減されたノイズ抑制は以下のように説明される。

(1)電源配線とグランド配線との間にデカップリングコンデンサを付加することは周知である。

(2) As far as possible to widen the width of power supply, 接地線は電力線より広い, their relationship is: ground wire > power line > signal line, 通常、信号線幅は0です.2 ~ 0.3 mm, 幅は0に達する.05 ~ 0.07 mm, 電源ラインは1です.2 ~ 2.5 mm. デジタル回路のPCBは、広い接地導体を有する回路として使用できる, それで, to form a ground network for use (analog ground cannot be used this way)

(3) With a large area of copper layer as ground wire, プリント配線板は、グランド配線と接続されていません. または多層基板を作る, power supply, 接地線はそれぞれ層を占める.


3.2デジタル回路とアナログ回路の共通グラウンド処理

Many PCBS are no longer single-function circuits (digital or analog), しかし、デジタルとアナログ回路の混合です. したがって, 配線, 彼らの干渉を考慮する必要がある, 特に地上線上のノイズ干渉. 高周波ディジタル回路の感度, アナログ回路, 信号線, 高感度アナログデバイスから離れて可能な限り高周波信号ライン, 地上に, PCBを外部の世界に動かすのは1つのノードだけです, PCB処理の中でなければなりません, 金型に問題がある, そして、デジタルとアナログのプレートの内側は実際にそれらの間で分割されます, Only in the PCB and external connection interface (such as plug, etc.). デジタルグラウンドとアナロググランドの間には短い接続がある. つの接続点だけがあることに注意してください. また、PCB上には不調和なものもある, システム設計によって.


3.3の信号ケーブルは、電気(地面)層に置かれます

多層PCB配線, シグナルライン層に残されたラインがないので, そして、層を追加する廃棄物の原因は、仕事の特定の量の生産を増加させる, それに応じてコストも増加した, この矛盾を解決するために, you can consider wiring in the electrical (ground) layer. まずパワーゾーンを考慮すべきである, と形成第二. それが形成の完全性を保つので.


3.4大面積導体における脚接続の処理

In the large area of grounding (electricity), 共通の部品の足はそれと関係している. 連結脚の処理を総合的に考慮する必要がある. 電気的性能に関して, コンポーネントレッグのパッドは、完全に銅の表面と接続される, しかし、部品の溶接アセンブリにいくつかの隠れた危険性があります, such as: (1) the welding needs a high power heater. (2) Easy to cause virtual solder joints. したがって, 電気的性能とプロセスニーズを考慮に入れる, クロス溶接パッド, ヒートシールドという, 一般的に熱として知られる, 溶接中の断面の過剰放熱による仮想溶接スポットの可能性を大幅に低減することができる. The electrical (ground) leg of the multilayer is treated the same.


3.5ケーブルにおけるネットワークシステムの役割

多くのCADシステム, 配線はネットワークシステムによって決定される. グリッドは密すぎる, 経路が増える, しかし、ステップは小さすぎます, グラフフィールドのデータ量が大きすぎます, 機器の収納スペースには、必然的に高い要求がある, しかし、コンピュータ電子製品のコンピューティング速度に大きな影響を与えます. いくつかのパスが無効です, 部品足のパッドによって占められる、または穴を取り付けることによって, 設定穴, etc. あまりにも疎なグリッドとあまりにも少ないパスの分布率に大きな影響を与える. したがって, 配線を支えるために合理的にグリッドシステムが必要である. 標準コンポーネントの脚は0です.1 inch (2.54mm) apart, グリッドシステムのベースは通常0です.1 inch (2.54mm) or integral multiples of less than 0.1 inch (e.g. 0.05インチ, 0.025インチ, 0.02インチ, etc.).


hf pcb設計のための技術と方法は以下の通りである。

4.1送電線コーナーは、リターン損失を減らす45

4.レベルに応じて厳密に制御される絶縁定数値を有する高性能絶縁回路基板を採用する. この方法は、絶縁材料と隣接配線との間の電磁場の効果的な管理に有益である.

4.3高精度エッチングのためのPCB設計仕様は改善されなければならない。配線形状のアンダーカットやクロスセクションを管理し、配線の側壁のメッキ条件を指定することにより、全体の線幅誤差を指定することを考える。配線(ワイヤー)形状とコーティング表面の全体的な管理は、マイクロ波周波数に関連する表皮効果に対処し、これらの仕様を実施するために重要である。突出したリード線におけるタップインダクタンスを有するリードアセンブリは避けるべきである。高周波環境では、表面実装部品を使用します。

4.5本のプロセスがスルーホールでリードインダクタンスを引き起こすことができるので、信号スルーホールのために、敏感なプレートのスルーホール加工(PTH)の使用は避けられなければなりません。

4.6豊富な接地を提供する必要があります。成形された穴は、回路基板に影響を及ぼすことから3 D電磁場を防ぐためにこれらの接地レイヤーを接続するために用いる。

4.HClめっき法の代わりに非電解ニッケルめっきまたは浸漬金めっきを選択すること. This electroplated surface provides a better skin effect for high-frequency currents (Figure 2). 加えて, この非常に溶接可能なコーティングは、より少ないリードを必要とする, 環境汚染低減の支援.

4.8ハンダ抵抗層は、はんだペーストが流れるのを防ぐことができる. しかし, 厚さと未知の絶縁性能の不確実性のため, はんだ抵抗材料を用いてプレート全体を覆うことはマイクロストリップ設計における電磁エネルギーの大きな変化につながる. 一般に, 半田ダムをはんだ抵抗層として用いる. の電磁場. この場合は, マイクロストリップから同軸ケーブルへの変換を管理する. 同軸ケーブル, グランド層は、リングで、そして、均一に間隔をおいてインターレースされる. マイクロベルトで, 接地層は活性線の下にある. これは、理解される必要がある特定のエッジ効果を紹介します, 予測, 設計時に考慮される. もちろん, この不整合もバックロスに至り、雑音と信号干渉を避けるために最小化されなければならない.


電磁気両立性設計

電磁両立性は、様々な電磁環境において電子機器が調和的かつ効果的に動作する能力を意味する. 電磁的適合性設計の目的は、電子機器をあらゆる種類の外部干渉を抑制することができるようにすることである, 電子機器が特定の電磁環境で正常に動作できるように, しかし、他の電子機器に電子機器自体の電磁妨害を減らす.


5.1適切な導体幅を選択する

プリントライン上の過渡電流に起因するインパルス干渉は主にプリント配線のインダクタンス組成に起因する, プリント配線のインダクタンスを最小化しなければならない. プリント配線のインダクタンスは、その長さに直接比例し、その幅に反比例する, したがって、短くて正確な線は干渉を抑制するのに有利です. クロックリード用信号線, ラインドライブ, またはバスドライブはしばしば大きな過渡電流を運ぶ, そして、印刷されたリード線は、できるだけ短く保たれなければなりません. 離散成分回路, 印刷ワイヤ幅約1.5 mm, 完全に要件を満たすことができます集積回路, 印刷ワイヤ幅は0の間で選択できます.2 mmと1.0 mm.


5.2正しいケーブルリング戦略を使う

同等の配線を用いることにより、ワイヤのインダクタンスを低減することができる, しかし、ワイヤ間の相互インダクタンスおよび分布キャパシタンスは増加する. レイアウトが許すならば, 井戸型メッシュ配線構造の使用, 特定の実施は、プリント基板の一方の側が水平に配線されていることである, 反対側は垂直に配線されている, そして、クロスホールでメタライズされた穴に接続した.


5.3 PCB配線間のクロストークを抑制するためには、配線設計時に可能な限り長距離等配線を避けなければならず、配線間距離をできるだけ延ばす必要があり、断線してはならない。干渉に対して非常に敏感ないくつかの信号線の間にグランドに接続する印刷ラインを設定することにより、クロストークを効果的に抑制することができる。


5.4プリント配線を通過する高周波信号による電磁波を避けるためには、配線基板を配線する際、以下の点に留意する必要がある。

(1) to minimize the discontinuity of printed wires, 線幅は変わらない, ワイヤの配線を禁止するために、ワイヤコーナーは90度より大きくなければならない, etc.

(2) The clock signal lead is easy to produce electromagnetic radiation interference, 回線は接地回路に近いはずである, ドライバはコネクタに近くなければなりません.

(3) The bus driver shall be adjacent to the bus it intends to drive. プリント基板から離れているそれらのために, ドライバはコネクタに近くなければなりません.

(4)データバスの配線は、2本の信号線の間に信号グランド配線を含む。後者はしばしば高周波電流を運ぶので、ループは重要なアドレスリードの近くに配置される。

(5)プリント基板が高速、中速、低速の論理回路を配置する場合には、図1に従って装置を配置する。


5.5反射干渉を抑制する

印刷ラインの端部における反射干渉を抑制するために, 特別なニーズを除いて, 印刷ラインの長さをできるだけ短くし、回路を低速にする必要がある. 必要な時, 端末のマッチングを追加することができます, それで, 同じ抵抗値の整合抵抗を送電線の端部に接地することができ、電源供給端に供給することができる. 経験によれば, プリントライン長が10 cm以上の場合, より一般的な速度のTTL回路に対する端子整合策を採用すべきである. 整合抵抗の抵抗値は、出力駆動電流の値および集積回路の吸収電流によって決定される


5.6回路基板設計における差動信号線のルーティング戦略

配線上の差動信号は、互いの間に非常に接近しているので、密接に結合する, 相互結合はEMI放射を減少させる, usually (of course there are some exceptions) differential signal is high speed signal, したがって、差動信号配線には高速設計規則が適用される, 特に伝送線路の設計. これは、信号線の特性インピーダンスが信号線を通して連続的かつ一定であることを保証するために、非常に慎重に信号線の配線を設計しなければならないことを意味する. 差動線対のレイアウトおよびルーティング・プロセスにおいて, 我々は、差動線対の2つのPCBラインが全く同じであることを望みます. これは, 実際に, 差動線対のPCBラインが全く同じインピーダンスを有することを確実にするためにあらゆる努力がなされなければならない、そして、配線の長さは正確に同じである. 微分 PCBボード 行は通常ペア, そして、それらの間の距離は、方向の対に沿ってどんな場所ででも一定のままです.