Wenn der analoge Schaltkreis (RF) und der digitale Schaltkreis (Mikrocontroller) einzeln gut funktionieren, Sie die beiden jedoch auf derselben Platine unterbringen und dasselbe Netzteil verwenden, um zusammenzuarbeiten, ist das gesamte System wahrscheinlich instabil. Dies liegt vor allem daran, dass das digitale Signal häufig zwischen Masse und positiver Spannungsversorgung (Größe 3 V) schwankt und die Periode besonders kurz ist, oft im ns-Bereich. Aufgrund der großen Amplitude und kleinen Schaltzeit enthalten diese digitalen Signale eine große Anzahl hochfrequenter Anteile, die unabhängig von der Schaltfrequenz sind. Im analogen Teil beträgt das Signal von der Antennenabstimmschleife zum Empfangsteil des drahtlosen Geräts im Allgemeinen weniger als 1 μV.
Eine unzureichende Isolierung empfindlicher Leitungen und verrauschter Signalleitungen ist ein häufiges Problem. Wie oben erwähnt, haben digitale Signale einen hohen Schwingungsumfang und enthalten eine große Anzahl hochfrequenter Harmonischer. Wenn die digitale Signalverkabelung auf der Leiterplatte neben empfindlichen analogen Signalen liegt, können hochfrequente Oberwellen vorbeigekoppelt werden. Die empfindlichen Knoten von HF-Geräten sind normalerweise die Schleifenfilterschaltung des Phasenregelkreises (PLL), die Induktivität des externen spannungsgesteuerten Oszillators (VCO), das Quarzreferenzsignal und der Antennenanschluss. Diese Teile der Schaltung sollten behandelt werden mit besonderer Sorgfalt.
Da das Eingangs-/Ausgangssignal eine Schwankung von mehreren V aufweist, sind digitale Schaltungen im Allgemeinen hinsichtlich des Netzteilrauschens (weniger als 50 mV) akzeptabel. Analoge Schaltkreise reagieren empfindlich auf Störungen der Stromversorgung, insbesondere auf Spannungsspitzen und andere hochfrequente Oberschwingungen. Daher muss die Verlegung der Stromleitungen auf der Leiterplatte, die HF-Schaltkreise (oder andere analoge Schaltkreise) enthält, sorgfältiger erfolgen als die Verkabelung auf der gewöhnlichen digitalen Leiterplatte, und eine automatische Verlegung sollte vermieden werden. Es sollte auch beachtet werden, dass ein Mikrocontroller (oder eine andere digitale Schaltung) aufgrund des CMOS-Prozessdesigns moderner Mikrocontroller während jedes internen Taktzyklus für kurze Zeit plötzlich den größten Teil des Stroms aufnimmt.
Die HF-Leiterplatte sollte immer über eine Erdungsschicht verfügen, die mit der negativen Elektrode der Stromversorgung verbunden ist, was bei unsachgemäßer Handhabung zu seltsamen Phänomenen führen kann. Dies kann für einen Designer digitaler Schaltungen schwer zu verstehen sein, da die meisten digitalen Schaltungen auch ohne die Erdungsschicht gut funktionieren. Im HF-Band wirkt selbst ein kurzer Draht wie eine Induktivität. Grob berechnet beträgt die Induktivität pro mm Länge etwa 1 nH, und die induktive Reaktanz einer 10 mm langen Leiterplattenleitung bei 434 MHz beträgt etwa 27 Ω. Wenn die Erdungsleitungsschicht nicht verwendet wird, sind die meisten Erdungsleitungen länger und die Schaltung garantiert nicht die Designeigenschaften.
Dies wird in Schaltkreisen, die die Hochfrequenz und andere Teile enthalten, oft übersehen. Neben dem HF-Anteil befinden sich meist noch weitere analoge Schaltkreise auf der Platine. Viele Mikrocontroller verfügen beispielsweise über integrierte Analog-Digital-Wandler (ADCs), um analoge Eingänge sowie Batteriespannung oder andere Parameter zu messen. Wenn sich die Antenne des HF-Senders in der Nähe (oder auf) dieser Leiterplatte befindet, kann das ausgesendete Hochfrequenzsignal den Analogeingang des ADC erreichen. Vergessen Sie nicht, dass jede Leitung wie eine Antenne HF-Signale senden und empfangen kann. Wenn der ADC-Eingang nicht ordnungsgemäß verarbeitet wird, kann es zu einer Selbsterregung des HF-Signals im ESD-Diodeneingang des ADC kommen, was zu einer ADC-Abweichung führt.
Alle Verbindungen zur Erdungsschicht müssen so kurz wie möglich sein, und das Erdungsdurchgangsloch sollte am Pad der Komponente (oder sehr nahe daran) platziert werden. Lassen Sie niemals zu, dass sich zwei Erdungssignale ein Erdungsdurchgangsloch teilen, da dies aufgrund der Impedanz der Durchkontaktierung zu Übersprechen zwischen den beiden Pads führen kann. Der Entkopplungskondensator sollte so nah wie möglich am Pin platziert werden und die Kondensatorentkopplung sollte an jedem Pin verwendet werden, der entkoppelt werden muss. Unter Verwendung hochwertiger Keramikkondensatoren ist der Dielektrikumstyp „NPO“ und „X7R“ funktioniert in den meisten Anwendungen ebenfalls gut. Der ideale Wert der gewählten Kapazität sollte so sein, dass ihre Serienresonanz gleich der Signalfrequenz ist.
Bei 434 MHz funktioniert beispielsweise der SMD-montierte 100-pF-Kondensator gut. Bei dieser Frequenz beträgt die kapazitive Reaktanz des Kondensators etwa 4 Ω und die induktive Reaktanz des Lochs liegt im gleichen Bereich. Der Kondensator und das Loch in Reihe bilden einen Sperrfilter für die Signalfrequenz und ermöglichen so eine effektive Entkopplung. Bei 868 MHz sind 33 p F-Kondensatoren eine ideale Wahl. Zusätzlich zum HF-entkoppelten Kondensator mit kleinem Wert sollte auch ein Kondensator mit großem Wert auf der Stromleitung platziert werden, um die Niederfrequenz zu entkoppeln. Sie können zwischen einem 2,2-μF-Keramik- oder einem 10-μF-Tantalkondensator wählen.
Sternverdrahtung ist eine bekannte Technik im analogen Schaltungsdesign. Sternverdrahtung – Jedes Modul auf der Platine verfügt über eine eigene Stromleitung vom gemeinsamen Stromanschluss. In diesem Fall bedeutet die Sternverdrahtung, dass der digitale und der HF-Teil der Schaltung über eigene Stromleitungen verfügen sollten und diese Stromleitungen in der Nähe des IC separat entkoppelt werden sollten. Dies ist eine Trennung von den Zahlen
Eine wirksame Methode für Teil- und Stromversorgungsrauschen aus dem HF-Anteil. Wenn die Module mit starkem Rauschen auf derselben Platine platziert werden, kann der Induktor (Magnetperle) oder der kleine Widerstand (10 Ω) in Reihe zwischen der Stromleitung und dem Modul sowie dem Tantalkondensator von mindestens 10 μF geschaltet werden Zur Spannungsversorgungsentkopplung dieser Module ist eine Spannungsversorgung zu verwenden. Solche Module sind RS 232-Treiber oder Schaltnetzteilregler.
Um die Störungen durch das Rauschmodul und den umgebenden Analogteil zu reduzieren, ist die Anordnung jedes Schaltungsmoduls auf der Platine wichtig. Empfindliche Module (HF-Teile und Antennen) sollten immer von verrauschten Modulen (Mikrocontroller und RS 232-Treiber) ferngehalten werden, um Störungen zu vermeiden. Wie oben erwähnt, können HF-Signale beim Senden Störungen bei anderen empfindlichen analogen Schaltungsmodulen wie ADCs verursachen. Die meisten Probleme treten in niedrigeren Betriebsbändern (z. B. 27 MHz) sowie bei hohen Ausgangsleistungspegeln auf. Es ist eine gute Konstruktionspraxis, empfindliche Punkte mit einem an die Erde angeschlossenen HF-Entkopplungskondensator (100p F) zu entkoppeln.
Wenn Sie Kabel verwenden, um die HF-Karte mit einem externen digitalen Schaltkreis zu verbinden, verwenden Sie Twisted-Pair-Kabel. Jedes Signalkabel muss mit dem GND-Kabel verdoppelt werden (DIN/GND, DOUT/GND, CS/GND, PWR_UP/GND). Denken Sie daran, die HF-Leiterplatte und die digitale Anwendungsplatine mit dem GND-Kabel des Twisted-Pair-Kabels zu verbinden und die Kabellänge so kurz wie möglich zu halten. Die Verkabelung, die die HF-Karte mit Strom versorgt, muss ebenfalls mit GND (VDD/GND) verdrillt sein.
