Data PCB - Konsep dan prinsip reka bentuk litar frekuensi tinggi dan papan PCB

Untuk reka bentuk papan PCB litar frekuensi tinggi, sudah ada perisian CAD yang baik, dan fungsi-fungsinya yang kuat cukup untuk mengatasi kekurangan pengalaman reka bentuk orang dan pemulihan dan pengiraan parameter yang rumit. Mereka yang mempunyai sedikit pengalaman harus dapat melengkapkan komponen RF dengan kualiti yang lebih baik. Tetapi dalam praktiknya, ini tidak berlaku.

Mengenai perisian reka bentuk dan penganalisis rangkaian yang dibantu CAD

Untuk reka bentuk litar frekuensi tinggi, sudah ada perisian CAD yang sangat baik. Fungsi yang kuat cukup untuk mengatasi kekurangan pengalaman reka bentuk orang dan pemulihan dan pengiraan parameter yang rumit. Digabungkan dengan penganalisis rangkaian yang kuat, ia harus mereka yang mempunyai sedikit pengalaman boleh melengkapkan komponen RF berkualiti yang lebih baik. Walau bagaimanapun, dalam praktiknya ini tidak berlaku. Perisian reka bentuk CAD bergantung kepada fungsi perpustakaan yang kuat, termasuk parameter komponen dan penunjuk prestasi asas yang disediakan oleh kebanyakan pengeluar peranti radio dunia. Ramai jurutera RF silap percaya bahawa selagi alat ini digunakan untuk reka bentuk, tidak akan ada masalah.

Walau bagaimanapun, hasil sebenar sentiasa bertentangan dengan keinginan. Sebabnya ialah mereka menyerah kepada penerapan fleksibel konsep asas reka bentuk litar frekuensi tinggi dan pengumpulan pengalaman dalam penerapan prinsip reka bentuk asas di bawah pemahaman yang salah. Akibatnya, mereka sering membuat kesilapan aplikasi asas dalam aplikasi alat perisian. Perisian CAD reka bentuk litar RF adalah perisian visualisasi telus, yang menggunakan pelbagai perpustakaan model konfigurasi asas frekuensi tinggi untuk melengkapkan simulasi keadaan kerja litar sebenar. Sehingga kini, kita telah dapat memahami pautan utama, terdapat dua jenis model konfigurasi asas frekuensi tinggi, satu adalah model komponen dalam bentuk parameter berpusat, dan yang lain adalah model fungsi tempatan dalam reka bentuk konvensional. Jadi terdapat masalah berikut:

papan PCB litar frekuensi tinggi

1. Model komponen dan perisian CAD telah berinteraksi dan membangunkan untuk masa yang lama, dan mereka menjadi semakin sempurna. Dalam amalan, keaslian model pada asasnya boleh dipercayai. Walau bagaimanapun, persekitaran aplikasi yang dipertimbangkan oleh model komponen (terutamanya persekitaran elektrik aplikasi komponen) adalah semua nilai khas. Dalam kebanyakan kes, siri parameter aplikasi mesti ditentukan secara empirik, jika tidak hasil sebenar kadang-kadang lebih jauh daripada hasil reka bentuk tanpa bantuan perisian CAD.

2. Model konfigurasi asas frekuensi tinggi konvensional yang ditubuhkan dalam perisian CAD biasanya terhad kepada aspek yang boleh diramalkan di bawah keadaan aplikasi semasa, dan hanya boleh terhad kepada model fungsi asas (jika tidak, pembangunan produk tidak perlu menggunakan orang, dan semua jenis produk dilahirkan dengan bergantung kepada CAD sahaja. produk).

3. Ia sangat patut diperhatikan bahawa penubuhan model fungsi khas diselesaikan dengan menggunakan komponen dengan cara yang khas dan menggunakan struktur proses yang khas dan sempurna (termasuk struktur papan PCB), dan prestasinya juga telah mencapai tahap tinggi "khas". . Tetapi dalam amalan, ia adalah tiruan lengkap, yang jauh dari keadaan model. Sebabnya ialah: walaupun komponen yang dipilih dan parameternya sama, persekitaran elektrik gabungan mereka tidak boleh sama. Dalam litar frekuensi rendah atau litar digital, perbezaan seperti beberapa sentimeter bukan halangan besar, tetapi dalam litar frekuensi radio, kesilapan maut sering berlaku.

4. Dalam reka bentuk perisian CAD, reka bentuk toleran kesilapan perisian tidak memberi perhatian sama ada tetapan parameter yang salah yang bertentangan dengan keadaan sebenar berlaku. Oleh itu, hasil yang ideal diberikan mengikut laluan berjalan perisian, tetapi dalam amalan ia penuh dengan masalah. hasil. Ia boleh diketahui bahawa pautan kesilapan utama tidak menggunakan prinsip asas reka bentuk litar RF untuk menggunakan perisian CAD dengan betul.

5. Perisian CAD hanya alat bantu reka bentuk. Ia menggunakan fungsi simulasi masa nyata, perpustakaan model komponen yang kuat dan fungsi penjanaan fungsinya, perpustakaan model aplikasi khas, dan lain-lain untuk memudahkan reka bentuk dan pengiraan yang membosankan orang. Sehingga kini, ia jauh dari dapat menggantikan kecerdasan buatan dalam reka bentuk tertentu.

Kuasa perisian CAD dalam reka bentuk papan PCB RF yang dibantu adalah aspek penting populariti perisian itu. Tetapi dalam amalan, ramai jurutera RF sering "difahami" oleh mereka. Punca masih adalah sifat toleran kesalahan tetapan parameter. Ia sering digunakan untuk mendapatkan model yang ideal (termasuk setiap pautan fungsi) dengan menggunakan fungsi simulasinya, tetapi hanya selepas debugging sebenar ditemui: lebih baik untuk menggunakan pengalaman anda sendiri untuk reka bentuk. Oleh itu, dalam reka bentuk PCB, perisian CAD masih hanya bermanfaat kepada jurutera dengan pengalaman dan kemahiran reka bentuk RF asas, membantu mereka terlibat dalam reka bentuk proses yang membosankan (reka bentuk prinsip bukan asas). Terdapat dua jenis penganalisis rangkaian, skalar dan vektor, yang merupakan instrumen penting untuk reka bentuk litar RF.

Amalan biasa adalah untuk melengkapkan reka bentuk litar dan papan PCB (atau menggunakan perisian CAD) mengikut konsep dan prinsip reka bentuk litar RF asas, melengkapkan pemprosesan sampel papan PCB dan memasang prototaip seperti yang diperlukan, dan kemudian menggunakan penganalisis rangkaian untuk merancang setiap pautan. Analisis rangkaian dilakukan satu demi satu, dan ia adalah mungkin untuk membuat litar mencapai keadaan. Tetapi kos kerja ini adalah pengeluaran sebenar sekurang-kurangnya 3 ~ 5 versi PCB, dan jika tiada prinsip reka bentuk PCB asas dan konsep asas, versi PCB yang diperlukan akan lebih banyak (atau reka bentuk tidak dapat diselesaikan).

Dalam proses menggunakan penganalisis rangkaian untuk menganalisis litar RF, ia diperlukan untuk mempunyai konsep dan prinsip reka bentuk papan PCB litar frekuensi tinggi yang lengkap, dan ia mesti dapat dengan jelas mengetahui kecacatan reka bentuk papan PCB melalui hasil analisis. Hanya ini yang memerlukan jurutera yang berkaitan untuk mempunyai pengalaman yang ketara. Dalam proses menganalisis pautan rangkaian prototaip, perlu bergantung kepada pengalaman eksperimen dan kemahiran yang mahir untuk membina rangkaian berfungsi tempatan. Kerana dalam banyak kes, kecacatan litar yang ditemui oleh penganalisis rangkaian akan mempunyai banyak faktor pada masa yang sama, jadi perlu menggunakan pembinaan rangkaian berfungsi tempatan untuk menganalisis dan menyiasat sebabnya secara menyeluruh. Pembinaan litar eksperimen ini mesti bergantung kepada pengalaman reka bentuk litar frekuensi tinggi yang jelas dan prinsip pembinaan papan PCB litar mahir.

Skop artikel ini

Kertas ini terutamanya bertujuan kepada konsep dan prinsip reka bentuk litar frekuensi tinggi gred gelombang mikro dan reka bentuk papan PCB, kategori sempadan produk komunikasi. Sebab mengapa prinsip reka bentuk PCB litar frekuensi tinggi gred gelombang mikro dipilih adalah bahawa prinsip ini mempunyai kepentingan bimbingan yang luas dan tergolong kepada teknologi aplikasi popular teknologi tinggi semasa. Peralihan dari konsep reka bentuk papan PCB litar gelombang mikro ke rangkaian tanpa wayar berkelajuan tinggi (termasuk pelbagai rangkaian akses) projek juga dalam urat yang sama, kerana mereka berdasarkan prinsip asas yang sama, teori barisan penghantaran ganda.

Litar digital atau PCB litar frekuensi yang agak rendah yang direka oleh jurutera RF yang berpengalaman mempunyai kadar kejayaan yang sangat tinggi, kerana konsep reka bentuk mereka berpusat pada parameter "diedarkan", dan konsep parameter diedarkan digunakan dalam litar frekuensi yang lebih rendah (termasuk Kesan merosakkan dalam litar digital) sering diabaikan oleh orang. Untuk masa yang lama, reka bentuk produk elektronik (terutamanya untuk produk komunikasi) yang diselesaikan oleh banyak rakan sekerja sering penuh dengan masalah. Di satu sisi, ia berkaitan dengan kekurangan pautan yang diperlukan dalam reka bentuk prinsip elektrik (termasuk reka bentuk redundansi, reka bentuk kebolehpercayaan, dll.), tetapi yang lebih penting, banyak masalah sedemikian berlaku apabila orang berfikir bahawa semua pautan yang diperlukan telah dipertimbangkan. Sebagai tindak balas kepada masalah ini, mereka sering membelanjakan tenaga mereka untuk memeriksa prosedur, prinsip elektrik, redundansi parameter, dan lain-lain, tetapi jarang membelanjakan tenaga mereka untuk mengkaji reka bentuk papan PCB, yang sering disebabkan oleh kecacatan reka bentuk papan PCB.

Apa yang perlu ditunjukkan di sini adalah bahawa litar digital bergantung kepada anti-gangguan yang kuat, pengesanan kesilapan dan pembetulan, dan boleh membina setiap pautan pintar secara sewenang-wenang untuk memastikan fungsi normal litar. Litar aplikasi digital biasa dengan konfigurasi tambahan tinggi pelbagai pautan "normal yang dijamin" jelas merupakan langkah tanpa konsep produk. Walau bagaimanapun, ia sering membawa kepada satu siri masalah produk dalam pautan yang dianggap "tidak bernilai". Sebabnya adalah bahawa jenis pautan fungsi yang tidak layak jaminan kebolehpercayaan pembinaan dari perspektif kejuruteraan produk harus berdasarkan mekanisme kerja litar digital itu sendiri, tetapi pembinaan yang salah dalam reka bentuk litar (termasuk reka bentuk papan PCB) menyebabkan litar berada dalam keadaan kegagalan. keadaan yang tidak stabil. Punca keadaan yang tidak stabil ini adalah aplikasi asas di bawah konsep yang sama dengan masalah yang sama litar frekuensi tinggi.

Dalam litar digital, terdapat tiga aspek yang perlu diambil serius:

1. Isyarat digital itu sendiri milik isyarat spektrum luas. Menurut hasil fungsi Fourier, ia mengandungi komponen frekuensi tinggi yang sangat kaya, jadi komponen frekuensi tinggi isyarat digital dipertimbangkan sepenuhnya dalam reka bentuk IC digital. Walau bagaimanapun, selain IC digital, kawasan peralihan isyarat dalam dan antara setiap pautan fungsi, jika sewenang-wenang, akan membawa kepada beberapa masalah. Terutamanya dalam majlis litar di mana litar digital dan analog dan frekuensi tinggi dicampur.

2. Pelbagai jenis reka bentuk kebolehpercayaan dalam aplikasi litar digital berkaitan dengan keperluan kebolehpercayaan dan keperluan kejuruteraan produk litar dalam aplikasi praktikal, dan pelbagai bahagian "jaminan" kos tinggi tidak boleh ditambahkan kepada litar yang telah direka secara konvensional untuk memenuhi keperluan.

3. Kelajuan kerja litar digital bergerak ke arah frekuensi tinggi dengan pembangunan yang belum pernah berlaku sebelumnya (contohnya, CPU semasa, yang frekuensi utamanya telah mencapai 1.7GHz, jauh melebihi had bawah band frekuensi gelombang mikro). Walaupun fungsi jaminan kebolehpercayaan peranti yang berkaitan juga disokong secara bersamaan, mereka berdasarkan ciri-ciri isyarat luaran dalaman dan khas peranti.

Lembaga PCB

Gambaran keseluruhan kepentingan bimbingan teori barisan penghantaran ganda untuk reka bentuk litar gelombang mikro dan prinsip pendawaian papan PCB

Konsep papan PCB di bawah teori dua baris

Untuk litar frekuensi tinggi gred gelombang mikro, setiap garis jalur yang sepadan pada papan PCB membentuk garis jalur mikro (asimetrik) dengan plat tanah. Untuk papan PCB dengan lebih daripada dua lapisan, garis microstrip dan jalur boleh dibentuk. garis (garis penghantaran mikrostrip simetrik). Garis mikrostrip yang berbeza (papan PCB dua sisi) atau garis jalur (papan PCB pelbagai lapisan) membentuk garis mikrostrip yang digabungkan, dengan itu membentuk pelbagai rangkaian empat port yang kompleks, dengan itu membentuk litar peringkat gelombang mikro PCB Pelbagai ciri-ciri papan. Ia boleh dilihat bahawa teori garis penghantaran microstrip adalah asas reka bentuk papan PCB litar frekuensi tinggi gred gelombang mikro.

Untuk reka bentuk papan RF-PCB di atas 800MHz, reka bentuk rangkaian papan PCB berhampiran antena harus mengikuti sepenuhnya asas teori microstrip (dan bukannya hanya menggunakan konsep microstrip sebagai alat untuk meningkatkan prestasi peranti parameter kumpulan). Semakin tinggi frekuensi, semakin signifikan kepentingan panduan teori mikrostrip menjadi. Untuk parameter berpusat dan parameter yang diedarkan litar, walaupun frekuensi operasi yang lebih rendah, kesan parameter yang diedarkan semakin lemah, tetapi parameter yang diedarkan sentiasa wujud. Tiada garis pemisahan yang jelas sama ada untuk mempertimbangkan pengaruh parameter pengedaran pada ciri-ciri litar.

Oleh itu, penubuhan konsep microstrip sama pentingnya untuk reka bentuk litar digital dan litar frekuensi pertengahan relatif PCB. Asas dan konsep teori strip mikro dan konsep reka bentuk litar RF peringkat gelombang mikro dan papan PCB sebenarnya adalah aplikasi teori garis penghantaran ganda gelombang mikro. Untuk pendawaian papan RF-PCB, setiap garis isyarat bersebelahan (termasuk bersebelahan bersebelahan) Semua membentuk ciri-ciri yang mengikuti prinsip asas garis ganda (ini akan dijelaskan dengan jelas kemudian). Walaupun litar RF gelombang mikro biasa dilengkapi dengan pesawat tanah di satu sisi, supaya garis penghantaran isyarat gelombang mikro di atasnya cenderung menjadi rangkaian empat port yang kompleks, dengan itu secara langsung mengikut teori strip mikro yang digabungkan, tetapi asasnya masih teori dua wayar.

Oleh itu, dalam amalan reka bentuk, kepentingan bimbingan teori garis ganda lebih luas. Secara umumnya, untuk litar gelombang mikro, teori jalur mikro mempunyai kepentingan bimbingan kuantitatif, yang tergolong dalam aplikasi khusus teori dua baris, dan teori dua baris mempunyai kepentingan bimbingan kualitatif yang lebih luas. Perlu disebutkan bahawa semua konsep yang diberikan oleh teori dua baris, pada permukaan, nampaknya beberapa konsep tidak mempunyai hubungan dengan kerja reka bentuk sebenar (terutamanya litar digital dan litar frekuensi rendah), yang sebenarnya adalah ilusi. Teori dua baris boleh membimbing semua isu konseptual dalam reka bentuk litar elektronik, terutamanya kepentingan konsep reka bentuk litar PCB lebih menonjol. Walaupun teori dua baris ditubuhkan pada premis litar frekuensi tinggi gelombang mikro, ini hanya kerana pengaruh parameter yang diedarkan dalam litar frekuensi tinggi menjadi signifikan, yang menjadikan kepentingan panduan sangat menonjol. Dalam litar digital atau frekuensi rendah, parameter yang diedarkan tidak dapat diabaikan berbanding dengan komponen parameter berpusat, dan konsep teori dua baris menjadi samar-samar. Walau bagaimanapun, cara membezakan litar frekuensi tinggi dan frekuensi rendah sering diabaikan dalam amalan reka bentuk.

Kategori mana logik digital atau litar denyut jantung biasa jatuh ke dalam? Jelas litar frekuensi rendah dan litar frekuensi rendah dengan komponen bukan linear, sebaik sahaja beberapa keadaan sensitif berubah, ia mudah untuk mencerminkan beberapa ciri-ciri frekuensi tinggi. Kekerapan utama CPU telah mencapai 1.7GHz, jauh melebihi had bawah frekuensi gelombang mikro, tetapi ia masih litar digital. Oleh kerana ketidakpastian ini, reka bentuk papan PCB sangat penting. Dalam banyak kes, komponen pasif dalam litar boleh setara dengan garis penghantaran atau garis mikrostrip spesifikasi tertentu, dan boleh dijelaskan oleh teori garis penghantaran ganda dan parameter yang berkaitan. Singkatnya, ia boleh dianggap bahawa teori talian penghantaran ganda dilahirkan berdasarkan sintesis semua ciri-ciri litar elektronik. Oleh itu, dalam arti yang ketat, jika setiap pautan dalam amalan reka bentuk pertama-tama berdasarkan konsep yang terkandung dalam teori barisan penghantaran ganda, maka litar papan PCB yang sesuai akan menghadapi sangat sedikit masalah (tidak kira litar dalam keadaan kerja).