Πώς να τοποθετήσετε τόσο το κύκλωμα RF όσο και το ψηφιακό κύκλωμα στην πλακέτα PCB;

Εάν το αναλογικό κύκλωμα (RF) και το ψηφιακό κύκλωμα (μικροελεγκτής) λειτουργούν καλά μεμονωμένα, αλλά μόλις τοποθετήσετε τα δύο στην ίδια πλακέτα κυκλώματος και χρησιμοποιήσετε το ίδιο τροφοδοτικό για να συνεργαστούν, ολόκληρο το σύστημα είναι πιθανό να είναι ασταθές. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι το ψηφιακό σήμα ταλαντεύεται συχνά μεταξύ του εδάφους και της θετικής τροφοδοσίας (μέγεθος 3 V) και η περίοδος είναι ιδιαίτερα μικρή, συχνά ns επίπεδο. Λόγω του μεγάλου πλάτους και του μικρού χρόνου μεταγωγής, αυτά τα ψηφιακά σήματα περιέχουν μεγάλο αριθμό στοιχείων υψηλής συχνότητας που είναι ανεξάρτητα από τη συχνότητα μεταγωγής. Στο αναλογικό τμήμα, το σήμα από τον βρόχο συντονισμού της κεραίας στο τμήμα λήψης της ασύρματης συσκευής είναι γενικά μικρότερο από 1μV.

Η ανεπαρκής απομόνωση των ευαίσθητων γραμμών και των γραμμών σήματος με θόρυβο είναι ένα συχνό πρόβλημα. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα ψηφιακά σήματα έχουν υψηλή αιώρηση και περιέχουν μεγάλο αριθμό αρμονικών υψηλής συχνότητας. Εάν η καλωδίωση ψηφιακού σήματος στο PCB είναι δίπλα σε ευαίσθητα αναλογικά σήματα, οι αρμονικές υψηλής συχνότητας μπορεί να έχουν συζευχθεί στο παρελθόν. Οι ευαίσθητοι κόμβοι των συσκευών ραδιοσυχνοτήτων είναι συνήθως το κύκλωμα φίλτρου βρόχου του βρόχου κλειδώματος φάσης (PLL), ο εξωτερικός επαγωγέας ελεγχόμενης τάσης ταλαντωτή (VCO), το σήμα αναφοράς κρυστάλλου και ο ακροδέκτης της κεραίας, και αυτά τα μέρη του κυκλώματος πρέπει να υποβάλλονται σε επεξεργασία με ιδιαίτερη προσοχή.

Δεδομένου ότι το σήμα εισόδου/εξόδου έχει ταλάντευση πολλών V, τα ψηφιακά κυκλώματα είναι γενικά αποδεκτά για θόρυβο τροφοδοσίας (λιγότερο από 50 mV). Τα αναλογικά κυκλώματα είναι ευαίσθητα στο θόρυβο της τροφοδοσίας, ειδικά σε τάσεις γρέζιου και άλλες αρμονικές υψηλής συχνότητας. Επομένως, η δρομολόγηση της γραμμής ισχύος στην πλακέτα PCB που περιέχει κυκλώματα RF (ή άλλα αναλογικά) πρέπει να είναι πιο προσεκτική από την καλωδίωση της συνηθισμένης πλακέτας ψηφιακού κυκλώματος και η αυτόματη δρομολόγηση θα πρέπει να αποφεύγεται. Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι ένας μικροελεγκτής (ή άλλο ψηφιακό κύκλωμα) θα απορροφά ξαφνικά το μεγαλύτερο μέρος του ρεύματος για μικρό χρονικό διάστημα κατά τη διάρκεια κάθε εσωτερικού κύκλου ρολογιού, λόγω του σχεδιασμού της διαδικασίας CMOS των σύγχρονων μικροελεγκτών.

Η πλακέτα κυκλώματος ραδιοσυχνοτήτων πρέπει πάντα να έχει μια στρώση γραμμής γείωσης συνδεδεμένη με το αρνητικό ηλεκτρόδιο του τροφοδοτικού, το οποίο μπορεί να προκαλέσει κάποια περίεργα φαινόμενα εάν δεν αντιμετωπιστεί σωστά. Αυτό μπορεί να είναι δύσκολο για έναν σχεδιαστή ψηφιακών κυκλωμάτων να το καταλάβει, επειδή τα περισσότερα ψηφιακά κυκλώματα λειτουργούν καλά ακόμα και χωρίς το στρώμα γείωσης. Στη ζώνη ραδιοσυχνοτήτων, ακόμη και ένα κοντό καλώδιο λειτουργεί σαν επαγωγέας. Χονδρικά υπολογισμένη, η επαγωγή ανά mm μήκος είναι περίπου 1 nH και η επαγωγική αντίδραση μιας γραμμής PCB 10 mm στα 434 MHz είναι περίπου 27 Ω. Εάν δεν χρησιμοποιείται το στρώμα γείωσης, οι περισσότερες γραμμές γείωσης θα είναι μεγαλύτερες και το κύκλωμα δεν θα εγγυάται τα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά.

Αυτό συχνά παραβλέπεται σε κυκλώματα που περιέχουν τη ραδιοσυχνότητα και άλλα μέρη. Εκτός από το τμήμα RF, υπάρχουν συνήθως και άλλα αναλογικά κυκλώματα στην πλακέτα. Για παράδειγμα, πολλοί μικροελεγκτές έχουν ενσωματωμένους μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό (ADC) για τη μέτρηση των αναλογικών εισόδων καθώς και της τάσης της μπαταρίας ή άλλων παραμέτρων. Εάν η κεραία του πομπού RF βρίσκεται κοντά (ή πάνω) σε αυτό το PCB, το εκπεμπόμενο σήμα υψηλής συχνότητας μπορεί να φτάσει στην αναλογική είσοδο του ADC. Μην ξεχνάτε ότι οποιαδήποτε γραμμή κυκλώματος μπορεί να στείλει ή να λάβει σήματα RF όπως μια κεραία. Εάν η είσοδος ADC δεν υποβληθεί σε σωστή επεξεργασία, το σήμα ραδιοσυχνοτήτων μπορεί να αυτοδιεγερθεί στην είσοδο της διόδου ESD στο ADC, προκαλώντας απόκλιση ADC.

图片 1

Όλες οι συνδέσεις στο στρώμα γείωσης πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο σύντομες και η διαμπερής οπή γείωσης πρέπει να τοποθετείται (ή πολύ κοντά) στο μαξιλαράκι του εξαρτήματος. Μην αφήνετε ποτέ δύο σήματα γείωσης να μοιράζονται μια διαμπερή οπή γείωσης, κάτι που μπορεί να προκαλέσει αλληλεπιδράσεις μεταξύ των δύο επιθεμάτων λόγω της σύνθετης αντίστασης σύνδεσης διαμπερούς οπής. Ο πυκνωτής αποσύνδεσης πρέπει να τοποθετείται όσο το δυνατόν πιο κοντά στον πείρο και η αποσύνδεση πυκνωτή πρέπει να χρησιμοποιείται σε κάθε ακροδέκτη που πρέπει να αποσυνδεθεί. Χρησιμοποιώντας κεραμικούς πυκνωτές υψηλής ποιότητας, ο διηλεκτρικός τύπος είναι "NPO", το "X7R" λειτουργεί επίσης καλά στις περισσότερες εφαρμογές. Η ιδανική τιμή της επιλεγμένης χωρητικότητας πρέπει να είναι τέτοια ώστε ο συντονισμός σειράς της να είναι ίσος με τη συχνότητα του σήματος.

Για παράδειγμα, στα 434 MHz, ο πυκνωτής 100 pF που είναι τοποθετημένος σε SMD θα λειτουργεί καλά, σε αυτή τη συχνότητα, η χωρητική αντίδραση του πυκνωτή είναι περίπου 4 Ω και η επαγωγική αντίδραση της οπής βρίσκεται στο ίδιο εύρος. Ο πυκνωτής και η οπή σε σειρά σχηματίζουν ένα φίλτρο εγκοπής για τη συχνότητα του σήματος, επιτρέποντάς του να αποσυνδεθεί αποτελεσματικά. Στα 868 MHz, οι πυκνωτές 33 p F είναι ιδανική επιλογή. Εκτός από τον αποσυνδεδεμένο πυκνωτή μικρής αξίας RF, ένας πυκνωτής μεγάλης αξίας θα πρέπει επίσης να τοποθετηθεί στη γραμμή τροφοδοσίας για την αποσύνδεση της χαμηλής συχνότητας, μπορείτε να επιλέξετε έναν πυκνωτή κεραμικού 2,2 μF ή τανταλίου 10 μF.

Η καλωδίωση με αστέρι είναι μια πολύ γνωστή τεχνική στον σχεδιασμό αναλογικών κυκλωμάτων. Καλωδίωση Star - Κάθε μονάδα στην πλακέτα έχει τη δική της γραμμή τροφοδοσίας από το κοινό σημείο τροφοδοσίας τροφοδοσίας. Σε αυτήν την περίπτωση, η καλωδίωση αστέρι σημαίνει ότι τα ψηφιακά και RF μέρη του κυκλώματος θα πρέπει να έχουν τις δικές τους γραμμές τροφοδοσίας και αυτές οι γραμμές τροφοδοσίας θα πρέπει να αποσυνδεθούν χωριστά κοντά στο IC. Αυτός είναι ένας διαχωρισμός από τους αριθμούς

Μια αποτελεσματική μέθοδος για μερικό θόρυβο και τροφοδοτικό από το τμήμα RF. Εάν οι μονάδες με έντονο θόρυβο τοποθετηθούν στην ίδια πλακέτα, το πηνίο (μαγνητικό σφαιρίδιο) ή η αντίσταση μικρής αντίστασης (10 Ω) μπορούν να συνδεθούν σε σειρά μεταξύ της γραμμής ισχύος και της μονάδας και του πυκνωτή τανταλίου τουλάχιστον 10 μF πρέπει να χρησιμοποιείται ως αποσύνδεση τροφοδοσίας ισχύος αυτών των μονάδων. Τέτοιες μονάδες είναι τα προγράμματα οδήγησης RS 232 ή οι ρυθμιστές τροφοδοσίας μεταγωγής.

Προκειμένου να μειωθούν οι παρεμβολές από τη μονάδα θορύβου και το περιβάλλον αναλογικό τμήμα, η διάταξη κάθε μονάδας κυκλώματος στην πλακέτα είναι σημαντική. Οι ευαίσθητες μονάδες (εξαρτήματα ραδιοσυχνοτήτων και κεραίες) πρέπει πάντα να φυλάσσονται μακριά από θορυβώδεις μονάδες (μικροελεγκτές και προγράμματα οδήγησης RS 232) για την αποφυγή παρεμβολών. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα σήματα ραδιοσυχνοτήτων μπορεί να προκαλέσουν παρεμβολές σε άλλες ευαίσθητες μονάδες αναλογικού κυκλώματος όπως ADC κατά την αποστολή τους. Τα περισσότερα προβλήματα παρουσιάζονται σε χαμηλότερες ζώνες λειτουργίας (όπως 27 MHz) καθώς και σε υψηλά επίπεδα ισχύος εξόδου. Είναι καλή σχεδιαστική πρακτική η αποσύνδεση ευαίσθητων σημείων με έναν πυκνωτή αποσύνδεσης RF (100p F) συνδεδεμένο στη γείωση.

Εάν χρησιμοποιείτε καλώδια για να συνδέσετε την πλακέτα RF σε εξωτερικό ψηφιακό κύκλωμα, χρησιμοποιήστε καλώδια συνεστραμμένου ζεύγους. Κάθε καλώδιο σήματος πρέπει να είναι διπλό με το καλώδιο GND (DIN/GND, DOUT/ GND, CS/GND, PWR _ UP/ GND). Θυμηθείτε να συνδέσετε την πλακέτα κυκλώματος RF και την πλακέτα κυκλώματος ψηφιακής εφαρμογής με το καλώδιο GND του καλωδίου συνεστραμμένου ζεύγους και το μήκος του καλωδίου πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερο. Η καλωδίωση που τροφοδοτεί την πλακέτα RF πρέπει επίσης να είναι στριμμένη με GND (VDD/GND).

图片 2