PCB Блог - Дизайн надёжности PCB - платы для мобильных телефонов

Из - за теоретической неопределенности дизайн RF PCB - панелей часто описывается как « черная магия», но эта точка зрения только частично верна. Конструкция радиочастотных панелей имеет много правил, которые можно соблюдать и которые не следует игнорировать. Однако в реальном дизайне действительно полезная технология заключается в том, как скомпрометировать эти принципы и законы, когда они не могут быть точно реализованы из - за различных ограничений дизайна. Конечно, есть много важных тем радиочастотного проектирования, которые заслуживают обсуждения, включая соответствие сопротивления и импеданса, изоляционные материалы и ламинарные пластины, длины волн и стоячие волны, поэтому они оказывают большое влияние на электромагнитную совместимость мобильных телефонов и электромагнитные помехи.

По возможности изолировать высокомощные радиочастотные усилители (HPA) и малошумные усилители (LNA). Короче говоря, держите высокомощные радиочастотные передающие цепи подальше от маломощных радиочастотных приемных цепей. Мобильные телефоны имеют много функций, много компонентов, но пространство для PCB - панелей невелико, учитывая технологические ограничения проводки, все эти требования к навыкам проектирования относительно высоки. На этом этапе вы можете захотеть спроектировать четыре - шесть уровней PCB, которые будут работать поочередно, а не одновременно. Мощные схемы могут также иногда включать RF - буферы и генераторы управления давлением (VCO). Убедитесь, что в зоне высокой мощности на PCB есть, по крайней мере, целый слой без отверстий. Конечно, чем больше медной кожи, тем лучше. Чувствительные аналоговые сигналы должны быть максимально удалены от высокоскоростных цифровых и радиочастотных сигналов. Проектную зону можно разделить на физическую и электрическую. Физические разделы в основном связаны с компоновкой компонентов, направлением и экранированием. Электрические разделы могут по - прежнему распадаться на распределительные, радиочастотные проводки, чувствительные схемы и сигналы, а также разделы заземления. 2.1 Мы обсуждаем физические разделы. Компоновка компонентов является ключом к реализации радиочастотного проектирования. Эффективная технология заключается в том, чтобы сначала закрепить компоненты на пути RF и направить их, тем самым сократив длину пути RF до входа вдали от выхода и, насколько это возможно, отделив схемы высокой и низкой мощности. Одним из эффективных способов укладки плат является размещение основного нижнего слоя (основной земной линии) на втором слое под поверхностью, размещая как можно больше радиочастотных линий на поверхности. Уменьшение размера отверстия в пути RF может не только снизить индуктивность пути, но и уменьшить вероятность того, что виртуальная точка сварки на главном заземлении и энергия RF просочится в другие области внутри ламината. В физическом пространстве линейных схем, таких как многоступенчатые усилители, как правило, достаточно, чтобы изолировать несколько радиочастотных областей друг от друга, но дуплексы, смесители и усилители / смесители средней частоты всегда имеют несколько радиочастотных / среднечастотных сигналов, которые мешают друг другу, и это влияние должно быть тщательно уменьшено до уровня, когда это возможно. Правильный радиочастотный путь очень важен для производительности всего PCB, поэтому компоновка компонентов обычно занимает большую часть времени при проектировании мобильных PCB. В дизайне PCB телефона схема усилителя с низким уровнем шума обычно может быть размещена на одной стороне PCB, мощный усилитель - на другой стороне и, в конечном итоге, подключена к антенне процессора RF и базовой полосы с той же стороны ложкой. Требуются некоторые навыки, чтобы убедиться, что сквозные отверстия не передают радиочастотную энергию с одной стороны платы на другую, и распространенной технологией является использование слепых отверстий с обеих сторон. Неблагоприятное воздействие сквозного отверстия можно свести к минимуму, установив прямое отверстие в зоне, свободной от радиочастотных помех, по обе стороны PCB. Иногда невозможно обеспечить адекватную изоляцию между несколькими блоками, и в этом случае необходимо рассмотреть возможность использования металлических экранов для защиты энергии РЧ в зоне РЧ. Металлические экраны должны быть проданы на землю и находиться на разумном расстоянии от компонентов, тем самым занимая ценное пространство PCB. Важно обеспечить максимальную целостность экрана. Цифровая сигнальная линия, входящая в металлический экран, должна, насколько это возможно, проходить через внутренний слой, а пластина PCB под проводкой является слоем. Радиочастотная сигнальная линия может выводиться из небольшого зазора в нижней части металлической крышки экрана и зазора в проводном слое, но вокруг зазора размещается как можно больше наземных линий, которые могут быть соединены через несколько отверстий. Многие RF - чипы с интегральными линейными схемами очень чувствительны к шуму питания, и обычно для каждого чипа требуется до четырех конденсаторов и один изолированный индуктор, чтобы убедиться, что все шумы питания отфильтрованы. Интегрированные схемы или усилители, как правило, имеют выход с открытой утечкой, поэтому требуется верхний натяжной индуктор для обеспечения высокого сопротивления RF - нагрузки и низкого сопротивления DC - питания. Этот же принцип применим к развязке питания на конце индуктора. Некоторые чипы требуют большей мощности, чтобы работать, поэтому может потребоваться два или три набора конденсаторов и индуктивности, связанных отдельно, с небольшим количеством индуктивности параллельно, так как это образует трубчатые трансформаторы и сигналы взаимных помех, поэтому расстояние между ними должно быть по крайней мере равным высоте одной из установок или под прямым углом к взаимности. 2.4 Принцип электрического разделения обычно такой же, как и физический раздел, но также включает в себя ряд других факторов. Некоторые части телефона работают под разным напряжением и управляются программным обеспечением, чтобы продлить срок службы батареи. Это означает, что телефон должен работать на нескольких источниках питания, что создает дополнительные проблемы для изоляции. Источники питания, как правило, вводятся из разъема и немедленно развязываются, чтобы отфильтровать любой шум, исходящий извне платы, а затем распределяются через набор переключателей или стабилизаторов напряжения. ток постоянного тока в большинстве цепей на телефоне PCBS довольно мал, поэтому ширина проводки обычно не является проблемой, но для питания мощного усилителя должна быть запущена как можно более широкая отдельная большая линия тока, чтобы снизить напряжение передачи до. Чтобы избежать чрезмерной потери тока, используйте несколько отверстий для передачи тока из одного слоя в другой. Кроме того, если на конце питания мощного усилителя недостаточно развязан, шум высокой мощности излучает всю монтажную плату и создает различные проблемы. Заземление мощных усилителей имеет решающее значение и часто требует проектирования металлических экранов. В большинстве случаев важно также обеспечить, чтобы радиочастотные выходы были удалены от радиочастотных входов. Это также относится к усилителям, буферам и фильтрам. В плохом случае, если выход усилителя и буфера возвращается на входной конец в правильной фазе и амплитуде, они могут генерировать самовозбуждающиеся колебания. В этом случае они смогут стабильно работать при любых температурах и напряжениях. На самом деле, они могут стать нестабильными и добавлять шум и взаимные сигналы в сигналы RF. Если сигнальная линия RF должна быть повернута обратно с входного конца фильтра на выходной, это может серьезно повредить полосовые характеристики фильтра. Чтобы обеспечить хорошую изоляцию входов и выходов, необходимо сначала проложить магнитное поле вокруг фильтра, а затем электрическое поле в нижней части фильтра и подключиться к основной наземной линии вокруг фильтра. Хорошей идеей является также размещение сигнальных линий, которые должны проходить через фильтр, как можно дальше от штуцера фильтра. 2.5 Для обеспечения того, чтобы шум не увеличивался, необходимо учитывать следующие аспекты: во - первых, ожидаемая полоса пропускания линии управления может составлять от постоянного тока до 2 МГц, и с помощью фильтра практически невозможно устранить этот широкополосный шум; Во - вторых, контрольная линия VCO обычно является частью контура обратной связи, которая контролирует частоту и вводит шум во многих местах, поэтому линия управления VCO должна обрабатываться очень осторожно. Убедитесь, что радиочастотный пол прочный, все компоненты прочно подключены к основному полу и изолированы от других проводов, которые могут вызвать шум. Кроме того, чтобы обеспечить полную развязку питания VCO, особое внимание следует уделять VCO, поскольку его выход RF часто находится на относительно высоком уровне, а выходной сигнал VCO может легко мешать другим схемам. На самом деле, VCO обычно размещается в конце области RF и иногда требует металлической защиты. Резонансная схема (одна для передатчика, другая для приемника) связана с VCO, но имеет свои собственные характеристики. Проще говоря, резонансная схема представляет собой параллельную резонансную схему с конденсаторным диодом, которая помогает настроить рабочую частоту VCO и модулировать голос или данные в RF - сигнал. Все принципы проектирования VCO также применимы к резонансным схемам. резонансные схемы, как правило, очень чувствительны к шуму, потому что они содержат большое количество компонентов, имеют более широкую область распределения на платах и обычно работают на высоких частотах RF. Сигналы обычно расположены на соседних выводах чипа, но эти выводы должны работать в паре с относительно большими датчиками и конденсаторами, что, в свою очередь, требует, чтобы эти датчики и конденсаторы были расположены близко и подключены к чувствительному к шуму контуру управления. Это было нелегко. При проектировании PCB - панели мобильного телефона следует обратить внимание на следующие аспекты: 3.1 Обработка электропитания и заземления, даже если проводка во всей пластине PCB выполнена хорошо, но помехи, вызванные питанием и землей, не учитываются должным образом, производительность продукта снижается, а иногда даже влияет на успешность продукта. Поэтому следует серьезно относиться к проводке проводов и наземных линий, минимизировать шумовые помехи, создаваемые на проводах и наземных линиях, чтобы обеспечить качество продукции. Для каждого инженера, занимающегося проектированием электроники, очевидно, что существует причина шума между линией заземления и линией электропитания. Теперь снижение подавления шума описано только следующим образом: (1) Хорошо известно, что между источником питания и наземной линией добавлены развязывающие конденсаторы. (2) Как можно шире ширина источника питания, ширина земной линии по сравнению с линией электропитания, их соотношение: заземление > линия электропитания > линия сигнала, обычно ширина линии сигнала 0,2 ~ 0,3 мм, тонкая ширина до 0,05 ~ 0,07 мм, линия электропитания 1,2 ~ 2,5 мм. Плата PCB цифровой схемы может состоять из проводника с широким заземлением, т.е. используемой сети заземления (аналоговая схема заземления не может быть использована таким образом). (3) В качестве заземления используется большая площадь медного слоя, а в местах, где печатные пластины не используются, заземление используется в качестве заземления. Или сделать его многослойной пластиной, где источник питания и заземление занимают по одному слою каждый. 3.2 Обычное заземление цифровых и аналоговых схем обрабатывает многие PCBS уже не как однофункциональные схемы (цифровые или аналоговые), а как гибридные цифровые и аналоговые схемы. Поэтому при проводке нам нужно учитывать помехи между ними, особенно шумовые помехи на наземной линии. Цифровые схемы имеют высокую частоту, аналоговые схемы имеют сильную чувствительность. Для сигнальных линий высокочастотные сигнальные линии должны быть как можно дальше удалены от чувствительных аналоговых устройств. Для наземных линий вся плата PCB имеет только один узел снаружи, поэтому проблемы цифрового и аналогового публичного заземления должны обрабатываться внутри платы PCB. В то время как цифровое и аналоговое заземление внутри пластины на самом деле независимы друг от друга, только в PCB - панели и внешних интерфейсах соединения (например, разъемы и т.д.). Между цифровым и аналоговым заземлением есть короткое замыкание. Обратите внимание, что есть только одна точка соединения. 3.3 Сигнальный кабель, проложенный в электрическом (заземленном) слое в многослойной проводке PCB, так как в слое сигнальной линии нет готовой линии, дополнительный слой также приведет к отходам, но также увеличит определенную рабочую нагрузку, стоимость соответственно увеличивается, чтобы разрешить это противоречие, можно рассмотреть проводку в электрическом (наземном) слое. Во - первых, следует рассмотреть энергетическую зону, а во - вторых - формирование. 3.4 Обработка соединительных ног в крупномасштабных проводниках происходит в широком заземлении (электричестве), а ноги общественных компонентов соединяются с ними. Обработка соединительных ног требует комплексного рассмотрения. С точки зрения электрических свойств, сварочный диск ноги сборки полностью соединен с медной поверхностью, но сварочная сборка сборки сборки компонентов имеет некоторые скрытые опасности, например: 1) для сварки требуется мощный нагреватель. 2) Легко создавать виртуальные сварочные точки. Таким образом, с учетом электрических свойств и технологических потребностей, изготавливается кросс - сварочный диск, известный как теплоизоляционный кожух, широко известный как термочувствительный сварочный диск, что значительно снижает вероятность создания виртуальной точки сварки из - за чрезмерного охлаждения части сварки, а многослойные электрические соединения (заземленные) слои ног одинаковы. 3.5 Сетевые системы играют одинаковую роль в проводке во многих системах CAD, проводка определяется сетевой системой. Сетка слишком плотная, путь увеличивается, но шаг слишком мал, а объем данных в графическом поле слишком велик, что неизбежно будет иметь более высокие требования к пространству хранения устройства и окажет большое влияние на вычислительную скорость компьютерной электроники. Некоторые пути являются недействительными, например, сварочный диск или отверстие для установки, отверстие для установки и т. Д. Занимаемые пути. Слишком разреженная сетка и слишком мало путей оказывают большое влияние на скорость распределения. Поэтому необходимо иметь достаточно плотную систему сетки для поддержки проводки. Стандартные компоненты расположены друг от друга на расстоянии 0,1 дюйма (2,54 мм), поэтому основание системы сетки обычно составляет 0,1 дюйма (254 мм) или менее 0,1 дюйма в целое число раз (например, 0,05 дюйма, 0025 дюйма, 0,02 дюйма и т.д.). Технологии и методы проектирования высокочастотных PCB - плат следующие: угол поворота линии передачи 4.1 должен быть под углом 45°, чтобы уменьшить потери эха 4.2 Высокопроизводительные изоляционные платы должны строго контролироваться по классу с использованием изоляционных констант. Этот метод способствует эффективному управлению электромагнитным полем между изоляционным материалом и соседней проводкой. Подумайте о том, чтобы указать ширину ошибки шины на + / - 0.007 дюймов, управлять нижним срезом и поперечным сечением формы проводки и указать условия покрытия боковой стенки проводки. Всестороннее управление геометрией проводки (провода) и поверхностью покрытия имеет важное значение для устранения эффекта скининга, связанного с микроволновой частотой, и осуществления этих норм. 4.4 Выдающиеся провода с индуктивностью отвода, избегая использования компонентов выводов. В высокочастотной среде используются компоненты, установленные на поверхности. 4.5 Применительно к сигнальным отверстиям следует избегать использования ПТХ на чувствительных пластинах, поскольку этот процесс может привести к индуктивности проводов на сквозных отверстиях. 4.6 должен обеспечивать достаточный заземленный слой. Эти заземления соединены штампованными отверстиями, чтобы предотвратить воздействие 3D - электромагнитного поля на монтажную плату. 4.7 Выберите неэлектролитическое никелирование или золочение, не используйте метод HASL для покрытия. Эта гальваническая поверхность обеспечивает лучший кожный эффект для высокочастотного тока (рисунок 2). Кроме того, это высокосварное покрытие требует меньшего количества проводов, что помогает уменьшить загрязнение окружающей среды. 4.8 Сопротивление сварки предотвращает поток пасты. Тем не менее, из - за неопределенности толщины и неизвестных изоляционных свойств, покрытие всей поверхности пластины защитным сварным материалом приведет к значительным изменениям в электромагнитной энергии в микрополосной конструкции. Как правило, сварочный слой использует сварочный слой. Электромагнитное поле. В этом случае мы управляем переходом от микрополосы к коаксиальному кабелю. В коаксиальных кабелях заземление переплетается в кольца и равномерно распределяется. В микропучках заземление находится ниже активной линии. Это вводит некоторые периферийные эффекты, которые необходимо понимать, прогнозировать и учитывать при проектировании. Конечно, это несоответствие также может привести к потере эха и должно быть сведено к минимуму, чтобы избежать шума и помех сигнала на панели PCB.