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PCBA技術
RFスイッチモジュールに基づく機能性プリント回路基板の設計
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RFスイッチモジュールに基づく機能性プリント回路基板の設計

RFスイッチモジュールに基づく機能性プリント回路基板の設計

2021-11-11
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Author:ipcber

プリント回路基板 最新無線通信システムの, 移動体通信, レーダー, 衛星通信及び他の通信システムは、スイッチング速度に対してより高い要求を有する, 発電容量, 積分, etc. パーティーの特別な要件のVXIバスモジュールは非常に重要です. ハードウェアの回路をソフトウェアの形で実現するために、仮想機器のアイデアを使用する. 以下に設計されたRFスイッチは、コンピュータによって直接制御することができ、VXIバス試験システムと容易に接続することができる. 今日の試験分野におけるコンピュータとマイクロエレクトロニクス技術の応用の統合と最大化は開発のための幅広い見通しを持つ.

PCBボード


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. これは効果的な標準化に依存し、直列化を実現するモジュール方式を採用する, 汎化, Vxibus楽器の互換性と相互運用性. Its open architecture and Plug&Play method fully meet the requirements of information products. 高速データ伝送の利点がある, コンパクト構造, 柔軟な構成, 良い電磁両立性, etc., それで、システムはセットアップと使用に非常に便利です, そして、そのアプリケーションは、より広範です, そして、それは徐々に高性能テストシステム統合バス.

VXIバスは完全に開いている, 各種機器メーカに適したモジュール式バックプレーンバス仕様. VXIバスデバイスは、主に分かれています, メッセージベースのデバイスとメモリベースのデバイス. The カレント proportion of register-based devices in applications (about 70%). Vxibusレジスタに拠点を置くインターフェース回路は、主に4つの部品を含む, アドレスデコード回路, データ伝送応答状態機械, 構成と操作レジスタグループ. 四つの部分で, バスバッファドライバを除いて、74 ALS 245チップ, 残りはFPGAで実現. Flex 10 kチップEPF 10 K 10 QC 208 - 3とEPROMチップEPC 1441 P 8の一部を採用する, use the corresponding software MAX+PLUS2 to design and implement.

1.1 Bus buffer driver
This part completes the buffer receiving or driving of the データライン, VXI規範的信号の要件を満たすために、VXIバックプレーンバスのアドレス線および制御線. A 16のために/D 16デバイス, バックプレーンデータバスD 00〜D 15のバッファドライブが実現される限り. VXIバス仕様の要件によると, この部分は、2つの74 LS 245 S, and is gated with DBEN* (generated by the データ transmission response state machine).

1.2 Addressing and Decoding Circuits
The addressing lines include address lines A01-A31, データストローブ線* and ds 1 **, 長いワード線*. The control lines include address strobe lines AS* and read/書き込み信号線書き込み*. The design of this circuit adopts the schematic design method of MAX+PLUS II. コンポーネントライブラリ内の既存のコンポーネントを使用してデザイン, 74688枚と74138枚の2枚が使われている. 機能モジュールは、アドレスラインA 15 - A 01およびアドレス修飾線AM 5 - AM 0をデコードする. デバイスのアドレス, アドレスラインとアドレス変更ラインのアドレス情報を受信する, そして、それはモジュールのハードウェア・アドレス・スイッチによって、セットされる論理アドレスLA 7 ~ LA 0と比較する. If the logical value on AM5~AM0 is 29H or 2DH (Because it is an A16/D16 device), アドレスラインA 15およびA 14が両方ともであるとき, そして、A 13 - A 06の論理値は、モジュールの論理アドレスに等しい, the device is addressed and strobe (CADDR* is true). それから、結果は下側の復号制御に送られる, そして、16ビットのアドレス空間のモジュールのレジスタは、アドレスA 01 - A 05をデコードすることによって、選ばれる.


1.3 Data transmission response state machine
Data transmission bus is a group of high-speed asynchronous parallel data transmission bus, VMEbusシステム情報交換の主要コンポーネント. データ伝送バスの信号線は、3つのグループに分けられることができます:アドレシング線, data lines, と制御線. The design of this part adopts the text input design method of MAX+PLUS2. Since the timing of DTACK* is more complicated, AHDL言語は、状態機械を通して設計して、実現するのに用いられます. この機能モジュールは、VXIバックプレーンバス12内の制御信号を構成する, 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.). データ伝送中, システムコントローラは、モジュール, に対応するアドレスストローブ線を設定する*, data strobe lines DS0*, DS1*, and WRITE* signal lines that control the direction of data transmission to valid level. アドレスが一致し、各制御線が有効であることを検出すると, 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
各々のVXIバス装置は、「構成レジスタ」のセットを有する, そして、システムマスタコントローラは、これらのレジスタの内容を読むことによって、VXIバスデバイスの基本構成情報を得る, デバイスタイプ, モデル, メーカー, address space (A16, A 24, A32) and the required storage space, etc. VXIバスデバイスの基本構成レジスタは以下の通りである, デバイスタイプレジスタ, ステータスレジスタ, 制御レジスタ. The design of this part of the circuit adopts the schematic diagram design method of MAX+PLUS II, と74541チップを使用して, 関数moduleが生成した関数. ID, DT, STレジスタは全て読み出し専用レジスタである, 制御レジスタは書き込み専用レジスタである. このデザインで, VXIバスは主にこれらのスイッチのオンオフを制御するために使用される. したがって, チャネルレジスタにデータを書き込む限り, リレースイッチのオンオフまたはオフ状態を制御することができる. リレー状態を問い合わせることは、また、チャンネル・レジスター. data. モジュールの設計要件に従って, 対応するデータビットに適切な内容が書き込まれる, 機能モジュールの無線周波数スイッチを効果的に制御できるようにする.

2. モジュール機能回路の設計 PCBボード
Each VXI bus device has a set of "configuration registers", そして、システムマスタコントローラは、これらのレジスタの内容を読むことによって、VXIバスデバイスの基本構成情報を得る, デバイスタイプ, モデル, メーカー, address space (A16, A 24, A32) and the required storage space, etc. RF回路の周波数範囲は、約10 kHzから300 GHzである. 周波数が増えるにつれて, 無線周波数回路は、低周波回路及びDC回路とは異なる特性を示す. したがって, デザインの場合 PCBボード RF回路の, RF信号の影響に注意を払う必要がある PCBボード. このRFスイッチ回路はVXIバス14によって制御される. 設計における干渉を減らすために, バスインターフェース回路とRFスイッチ機能回路とを接続するためにケーブルが使用される. 主にそのデザインを紹介します PCBボード RFスイッチ機能回路.

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. RF回路PCB設計, 電磁両立性は、各回路モジュールが、できるだけ電磁放射を発生しないことを要求する, 電磁妨害に抵抗力がある. コンポーネントのレイアウトは、回路自体の干渉および干渉防止能力に直接影響する. また、設計された回路の性能に直接影響する.

レイアウトの一般原則:コンポーネントはできるだけ同じ方向に配置する必要があります, そして、PCBが錫融解系に入る方向を選ぶことによって、ハンダが悪い現象を減らすことができるかまたは避けることさえできるコンポーネント間の間隔は少なくとも0でなければなりません.コンポーネントの錫溶融条件を満たすための5 mm, スペースの場合 PCBボード 許可, コンポーネントの間隔はできるだけ広いはずです. コンポーネントの合理的なレイアウトも合理的な配線, それで、それは包括的に考慮されるべきです. このデザインで, リレーはRF信号を変換するために使用されるチャネルである, それで、リレーは可能な限り信号入力と出力の近くに置かれるべきです, RF信号線の長さをできるだけ短くする, そして、次のステップのための合理的な配線を作る. 考慮する. 加えて, RFスイッチ回路はVXIバス14によって制御される, また、VXIバス制御信号に対するRF信号の影響は、レイアウト中に考慮されなければならない問題でもある.

2.2 Wiring
After the layout of the components is basically completed, 配線を開始すべきである. 配線の基本原理は、アセンブリ密度が許容されるとき, 低密度配線設計を選ぶ, そして、信号トレースは、できるだけ厚くなければなりません, これはインピーダンス整合に役立っている. RF回路用, 方向の不合理なデザイン, 信号線の幅及び線間隔は、信号伝送線間の交差干渉を引き起こすことがある加えて, システム電源自体も雑音妨害を有する, したがって、RF回路PCBを設計するとき、それは包括的に考慮されなければならない. 合理的な配線. 配線, すべての痕跡は、そのフレームから離れていなければならない PCBボード ((約2 mm)), というのは、生産の間に断絶や潜在的な断絶の可能性を避けるためです PCBボード. 電力線は、ループ抵抗を低減するためにできるだけ広くなければならない. 同時に, 電力線と接地線の方向は、データ通信の方向と一致しなければならない. 信号線はできるだけ短いはずです, そして、ビアの数を最小化する必要がありますコンポーネント間の接続は、分布パラメータおよび相互電磁干渉を減らすためにできるだけ短くなければならない互換性のない信号線, 彼らはできるだけ遠く離れているべきだ., 並列配線を避ける, そして、フロントとバック側の信号線は、互いに垂直でなければならない, コーナーが必要な場合、135度の角度を使用する必要があります, そして、直角を避けるべきです. 上記デザインで, the PCBボード 4層板を採用する. VXIバス制御信号に対する無線周波数信号の影響を低減するために, つの信号トレースは中央の2層に配置される, そして、無線周波数信号線は、接地ビアでシールドされる.

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. 電源・接地方法の合理的な選択は、機器の信頼性の高い操作のための重要な保証である. その上のかなりの多くの干渉源 PCBボード RF回路の電源は、電源および接地線によって生成される, 接地線に起因する騒音の干渉. のサイズに応じて PCBボード current, 電力線および接地線は、ループ抵抗を低減するために、できるだけ厚く、短く設計されるべきである. 同時に, 電力線と接地線の方向はデータ伝送方向と一致する, アンチノイズ機能を強化するのに役立つ. 条件許可, 多層基板を使用してください. 四層板の騒音は二層板の20 dBよりも低い, そして、6層ボードのノイズは、4層ボードの10 dBよりも低い. 4層で PCBボード この論文で設計, 上部層と底部層は、共に接地層として設計される. このように, 中間層のどの層がパワー層であろうとも, 電力層と接地層との間の物理的関係は互いに近接している, 大きなデカップリングコンデンサの形成と接地線に起因する干渉の低減. 接地層は銅の大きな面積を使用する. Large-scale copper laying mainly has the following functions:
(1) EMC. 地面または電源供給銅の大面積のために, シールドの役割を果たす.
(2) PCB process requirements. 一般に, 電気めっき効果を確実にするために, または、積層は変形しない, 銅は、より少ない配線でPCB層に塗布される.
(3) Signal integrity requirements, 高周波デジタル信号を与える, そして、DCネットワークの配線を減らす.
(4) Heat dissipation, 特殊な装置の設置には銅めっきが必要である, 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. 世界の現在の楽器バスシステムです. VXIバスに基づくRFスイッチモジュールの開発を主に紹介する. RFスイッチモジュールの機能回路部分のバスインタフェースとPCB設計の設計を導入した. RFスイッチはVXIバス14によって制御される, これは、スイッチ操作の柔軟性を高め、使いやすいです PCBボード.