PCB Блог - Концепция и принципы проектирования высокочастотных схем и плат PCB

Для проектирования PCB - плат высокочастотных схем уже есть хорошее программное обеспечение CAD, которое достаточно мощно, чтобы преодолеть отсутствие опыта проектирования и громоздкий поиск и вычисления параметров. Те, кто не имеет достаточного опыта, должны иметь возможность выполнять радиочастотные компоненты с лучшим качеством. Однако на практике это не так.

Программное обеспечение для вспомогательного проектирования CAD и сетевой анализатор

Для высокочастотных схем уже есть очень хорошее программное обеспечение CAD. Его мощных функций достаточно, чтобы преодолеть отсутствие опыта проектирования и громоздкий поиск и вычисления параметров. В сочетании с мощными сетевыми анализаторами должны быть те, кто имеет небольшой опыт, чтобы сделать более качественные радиочастотные компоненты. Однако на практике это не так. Программное обеспечение CAD Design опирается на мощные функции библиотеки, включая параметры компонентов и базовые показатели производительности, предоставляемые большинством производителей радиооборудования в мире. Многие радиочастотные инженеры ошибочно полагают, что до тех пор, пока инструмент используется для проектирования, проблем не будет. Однако фактический результат всегда противоречит желанию. Причина в том, что они отказались от гибкого применения основных концепций проектирования высокочастотных схем и накопления опыта применения основных принципов проектирования под неправильным пониманием. Поэтому они часто сталкиваются с фундаментальными ошибками приложений при применении программных инструментов. Программное обеспечение CAD для проектирования радиочастотных схем - это прозрачное программное обеспечение для визуализации, которое использует свою разнообразную библиотеку базовых высокочастотных конфигураций для завершения моделирования фактического рабочего состояния схемы. На сегодняшний день мы можем понять ключевые звенья: есть два типа базовых высокочастотных моделей конфигурации, один из которых является модульной моделью в форме централизованных параметров, а другой - локальной функциональной моделью в обычном дизайне. В связи с этим возникают следующие проблемы:

1) Взаимодействие и разработка моделей компонентов с программным обеспечением CAD уже давно и становится все более совершенным. На практике подлинность модели в основном можно доверять. Тем не менее, среды применения, рассматриваемые в модульных моделях (особенно электрическая среда компонентов), являются типичными значениями. В большинстве случаев набор параметров приложения должен быть определен на основе опыта, иначе фактические результаты иногда даже далеки от результатов проектирования без помощи программного обеспечения CAD.

2) Обычные модели базовой конфигурации ВЧ, созданные в программном обеспечении CAD, как правило, ограничиваются предсказуемыми аспектами в текущих условиях применения, а не только базовыми функциональными моделями (в противном случае разработка продукта не требует найма персонала, и различные продукты рождаются отдельно от CAD. product).

3) Особо стоит отметить, что построение типичной функциональной модели было выполнено путем применения компонентов типичным образом, с использованием типичных и идеальных технологических конструкций (включая структуру пластины PCB), производительность которых также достигла « типичного » высокого уровня. Но на практике это полная имитация, которая далека от состояния модели. Причина в том, что, хотя выбранные детали и их параметры одинаковы, их комбинированная электрическая среда не может быть одинаковой. В низкочастотных или цифровых схемах такая разница в несколько сантиметров не является большим препятствием, но в радиочастотных схемах часто возникают фатальные ошибки.

4) При проектировании программного обеспечения CAD отказоустойчивый дизайн программного обеспечения не фокусируется на том, возникают ли неправильные параметры, противоположные реальной ситуации. Таким образом, идеальный результат дается в зависимости от пути работы программного обеспечения, но на практике он полон проблем. Последствия Как известно, ключевое звено ошибки - это не использование основных принципов проектирования радиочастотных схем для правильного применения программного обеспечения CAD.

5) Программное обеспечение CAD является лишь вспомогательным инструментом проектирования. Он использует фактические функции моделирования времени, мощную библиотеку модулей и их функции генерации функций, типичную библиотеку моделей приложений и т. Д. Чтобы упростить утомительную работу по проектированию и вычислению. До сих пор он далек от того, чтобы заменить искусственный интеллект в конкретном дизайне. Мощность программного обеспечения CAD в радиочастотном вспомогательном проектировании PCB - панелей является важным аспектом популярности программного обеспечения. Но на практике многие радиочастотные инженеры часто "понимаются" ими. Причина по - прежнему заключается в отказоустойчивости его параметров. Обычно он используется для получения идеальной модели (включая каждое функциональное звено), используя свои аналоговые функции, но только после того, как будет найдена фактическая отладка: лучше всего использовать свой собственный опыт для проектирования. Таким образом, при проектировании PCB программное обеспечение CAD по - прежнему выгодно только инженерам с базовым опытом и навыками радиочастотного проектирования, помогая им в громоздком технологическом проектировании (не базовом проектировании). Существует два типа сетевых анализаторов, скалярных и векторных, которые являются основными инструментами для проектирования радиочастотных схем. Обычная практика заключается в завершении проектирования схем и плат PCB (или с использованием программного обеспечения CAD) в соответствии с основными концепциями и принципами проектирования радиочастотных схем, завершении обработки образцов и сборки прототипов плат PCB по мере необходимости, а затем проектировании каждого звена с использованием сетевого анализатора. Сетевой анализ выполняется один за другим и может привести цепь к этому состоянию. Но стоимость этой работы заключается в фактическом производстве не менее 3 - 5 версий PCB, и без базовых принципов проектирования PCB и базовых концепций требуется больше версий PCB (или не может быть завершена разработка). При анализе радиочастотных схем с помощью сетевого анализатора необходимо иметь полную концепцию и принцип проектирования PCB - платы для высокочастотных схем, а также иметь возможность четко знать дефекты конструкции PCB - платы по результатам анализа. Только это требует, чтобы соответствующий инженер имел большой опыт. При анализе сетевых связей прототипов необходимо опираться на опытный экспериментальный опыт и навыки для создания локальных функциональных сетей. Поскольку во многих случаях дефекты схемы, обнаруженные сетевым анализатором, могут иметь множество факторов одновременно, необходимо использовать создание локальной функциональной сети для анализа и тщательного расследования причин. Конструкция этой экспериментальной схемы должна основываться на четком опыте проектирования высокочастотных схем и квалифицированных принципах построения платы PCB схемы.

2. Сфера применения настоящей статьи

В этой статье основное внимание уделяется концепции и принципам проектирования высокочастотных схем микроволнового уровня и конструкции PCB - панелей передовой категории коммуникационных продуктов. Причина, по которой был выбран принцип проектирования PCB микроволновых высокочастотных схем, заключается в том, что этот принцип имеет широкое руководящее значение и относится к современным высокотехнологичным популярным прикладным технологиям. То же самое можно сказать и о переходе от концепции проектирования микроволновых плат PCB к проектам высокоскоростных беспроводных сетей (включая различные сети доступа), поскольку они основаны на одном и том же фундаментальном принципе, теории двух линий передачи. Цифровые схемы или относительно низкочастотные схемы PCB, разработанные опытными радиочастотными инженерами, имеют очень высокий уровень успеха, потому что их концепция проектирования сосредоточена на « распределенных» параметрах, в то время как концепция распределенных параметров используется в низкочастотных схемах (включая разрушительные эффекты в цифровых схемах), которые часто игнорируются. В течение долгого времени дизайн многих электронных продуктов, выполненных коллегами (в основном для коммуникационных продуктов), часто был полон проблем. С одной стороны, это связано с отсутствием необходимых звеньев в электропринципиальном проектировании (включая избыточное проектирование, проектирование надежности и т. Д.), но, что более важно, многие из этих проблем возникают, когда люди думают, что все необходимые звенья учитываются. Чтобы справиться с этими проблемами, они часто тратят свои усилия на проверку процедур, электрических принципов, избыточности параметров и т. Д. Но редко уделяют внимание обзору дизайна PCB - панелей, часто из - за недостатков дизайна PCB - панелей. Это приводит к возникновению многих проблем с производительностью продукции. Принцип проектирования платы PCB включает в себя множество аспектов, включая основные принципы, помехоустойчивость, электромагнитную совместимость, защиту безопасности и т. Д. Для этих аспектов, особенно в высокочастотных схемах (особенно микроволновых высокочастотных схемах), отсутствие соответствующих концепций часто приводит к провалу всего проекта исследований и разработок. Многие люди по - прежнему остаются на основе « соединения электрических принципов с проводниками для выполнения заданной задачи» и даже считают, что « конструкция пластины PCB относится к структурным, техническим и производственным соображениям». Многие радиочастотные инженеры также не в полной мере осознают, что в радиочастотном дизайне это звено должно быть в центре внимания всей проектной работы, и они ошибочно тратят свою энергию на выбор высокопроизводительных компонентов, что приводит к значительному увеличению затрат и практически не улучшает производительность. Здесь следует особо отметить, что цифровые схемы полагаются на свою мощную антиинтерференционную способность, способность обнаруживать ошибки и исправлять ошибки, и каждое интеллектуальное звено может быть построено произвольно, чтобы обеспечить нормальную функцию схемы. Обычная схема цифрового приложения с высокой дополнительной конфигурацией различных « гарантированных нормальных» каналов, очевидно, является мерой без концепции продукта. Тем не менее, это часто приводит к ряду проблем с продуктами в звеньях, которые считаются « недостойными». Причина в том, что с точки зрения инженерии продукта это функциональное звено, которое не стоит строить гарантию надежности, должно основываться на рабочем механизме самой цифровой схемы, но неправильное построение схемы (включая конструкцию платы PCB) приводит к тому, что схема находится в неисправном состоянии. Нестабильное состояние. Причина этого нестабильного состояния является основным применением в той же концепции, что и аналогичные проблемы в высокочастотных схемах.

В цифровых схемах есть три аспекта, к которым нужно относиться серьезно:

1) Сам цифровой сигнал относится к широкополосному спектральному сигналу. По результатам функции Фурье, она содержит очень богатый высокочастотный компонент, поэтому высокочастотный компонент цифрового сигнала полностью учитывается при проектировании цифрового IC. Однако, за исключением цифровых IC, область преобразования сигнала внутри и между каждой функциональной линией связи, если она произвольна, приведет к ряду проблем. Особенно в схемах, где цифровые, аналоговые и высокочастотные схемы смешиваются.

2) Различные типы конструкций надежности в применении цифровых схем связаны с требованиями надежности схемы в практическом применении и инженерными требованиями продукта, а различные дорогостоящие « гарантийные» компоненты не могут быть добавлены в традиционные схемы для удовлетворения требований.

3) Скорость работы цифровых схем движется в сторону высоких частот с беспрецедентным развитием (например, нынешний ЦП, основная частота которого достигла 1,7 ГГц, намного превышает нижний предел микроволнового диапазона). Хотя функции обеспечения надежности соответствующих устройств поддерживаются одновременно, они основаны на внутренних и типичных внешних характеристиках сигнала устройства.

3. Обзор руководящего значения теории двух линий передачи для проектирования микроволновых схем и принципов прокладки плат PCB

Концепция PCB - панелей в двухпроводной теории

Для высокочастотных микроволновых схем каждая соответствующая полоса на панели PCB образует микрополосную линию (асимметрию) с заземленным полом. Для PCB - панелей более двух слоев могут образовываться микрополосы и полосы. Линия (симметричная микрополосная линия передачи). Различные микрополосные линии (двухсторонние PCB - платы) или полосчатые линии (многослойные PCB - платы) образуют соединенные микрополосные линии, которые образуют различные сложные четырехпортовые сети, формируя различные характеристики PCB - платы микроволновых схем. Из этого можно видеть, что теория микроволновых линий передачи является основой для проектирования PCB - платы микроволновых высокочастотных схем. При проектировании RF - PCB - панелей с частотой более 800 МГц конструкция сети PCB - панелей вблизи антенны должна полностью соответствовать теоретическим основам микрополосы (а не просто использовать концепцию микрополосы в качестве инструмента для повышения производительности устройства с набором общих параметров). Чем выше частота, тем важнее руководящее значение теории микрополос. Для централизованных и распределенных параметров схемы, хотя чем ниже рабочая частота, тем слабее роль распределенных параметров, распределенные параметры всегда существуют. В настоящее время нет четкой разделительной линии для рассмотрения влияния параметров распределения на характеристики схемы. Поэтому создание концепции микрополосы не менее важно для проектирования цифровых схем и связанных с ними схем средней частоты PCB. Основы и концепции микроволновой теории, а также концепции проектирования микроволновых RF - схем и PCB - панелей на самом деле являются применением микроволновой теории двух линий передачи. Для проводки платы RF - PCB каждая соседняя сигнальная линия (в том числе соседняя) формирует характеристики, которые следуют принципу двухпроводности (что будет четко объяснено позже). Хотя одна сторона обычной микроволновой радиочастотной схемы оснащена плоскостью заземления, поэтому линия передачи микроволнового сигнала на ней часто представляет собой сложную четырехпортовую сеть, которая непосредственно следует теории связанных микрополос, она по - прежнему основана на двухпроводной теории. Поэтому в практике проектирования руководящее значение двухлинейной теории более широко. В целом, для микроволновых схем теория микрополос имеет количественное руководящее значение, относится к конкретному применению двухпроводной теории, двухпроводная теория имеет более широкое качественное руководящее значение. Стоит отметить, что все концепции, которые дает двухпроводная теория, на первый взгляд, некоторые из них, похоже, не имеют никакой связи с фактическими проектными работами (особенно цифровыми и низкочастотными схемами), что на самом деле является иллюзией. Двухпроводная теория может направлять все концептуальные вопросы в проектировании электронных схем, особенно важность концепции проектирования схем PCB. Хотя двухпроводная теория основана на предпосылке микроволновых высокочастотных схем, это только потому, что влияние параметров распределения в высокочастотных схемах становится значительным, что делает руководство особенно заметным. В цифровых или низкочастотных схемах распределенные параметры незначительны по сравнению с централизованными параметрическими компонентами, и концепция двухпроводной теории соответственно размывается. Однако, как отличить высокочастотные и низкочастотные схемы часто упускаются из виду в практике проектирования. К какой категории относится типичная цифровая логика или импульсная схема? Очевидно, что низкочастотные схемы и низкочастотные схемы, содержащие нелинейные компоненты, легко отражают некоторые высокочастотные характеристики после изменения некоторых чувствительных условий. Основная частота процессора достигла 1,7 ГГц, что намного превышает нижний предел микроволновой частоты, но это все еще цифровая схема. Из - за этих неопределенностей дизайн PCB - панелей чрезвычайно важен. Во многих случаях пассивные элементы в схемах могут быть эквивалентны линиям передачи или микрополосным линиям определенной спецификации и могут быть описаны теорией двух линий передачи и связанными с ней параметрами. Короче говоря, можно предположить, что теория двух линий передачи родилась на основе всех характеристик интегрированных электронных схем. Поэтому, строго говоря, если каждое звено в практике проектирования основано прежде всего на концепции, воплощенной в теории двух линий передачи, то соответствующая схема PCB - платы столкнется с очень небольшим количеством проблем (независимо от условий работы схемы).