Si el circuito analógico (RF) y el circuito digital (microcontrolador) funcionan bien individualmente, pero una vez que los coloca en la misma placa de circuito y usa la misma fuente de alimentación para trabajar juntos, es probable que todo el sistema sea inestable. Esto se debe principalmente a que la señal digital oscila con frecuencia entre tierra y la fuente de alimentación positiva (tamaño 3 V), y el período es particularmente corto, a menudo de nivel ns. Debido a la gran amplitud y al corto tiempo de conmutación, estas señales digitales contienen una gran cantidad de componentes de alta frecuencia que son independientes de la frecuencia de conmutación. En la parte analógica, la señal del bucle de sintonización de la antena a la parte receptora del dispositivo inalámbrico es generalmente inferior a 1 μV.
El aislamiento inadecuado de líneas sensibles y líneas de señales ruidosas es un problema frecuente. Como se mencionó anteriormente, las señales digitales tienen una oscilación alta y contienen una gran cantidad de armónicos de alta frecuencia. Si el cableado de señal digital en la PCB está adyacente a señales analógicas sensibles, es posible que se acoplen armónicos de alta frecuencia. Los nodos sensibles de los dispositivos de RF suelen ser el circuito de filtro de bucle del bucle de bloqueo de fase (PLL), el inductor del oscilador externo controlado por voltaje (VCO), la señal de referencia del cristal y el terminal de la antena, y estas partes del circuito deben tratarse con especial cuidado.
Dado que la señal de entrada/salida tiene una oscilación de varios V, los circuitos digitales generalmente son aceptables para el ruido de la fuente de alimentación (menos de 50 mV). Los circuitos analógicos son sensibles al ruido de la fuente de alimentación, especialmente a tensiones de rebabas y otros armónicos de alta frecuencia. Por lo tanto, el enrutamiento de la línea de alimentación en la placa PCB que contiene circuitos RF (u otros circuitos analógicos) debe ser más cuidadoso que el cableado en la placa de circuito digital ordinaria, y se debe evitar el enrutamiento automático. También se debe tener en cuenta que un microcontrolador (u otro circuito digital) absorberá repentinamente la mayor parte de la corriente durante un corto período de tiempo durante cada ciclo de reloj interno, debido al diseño del proceso CMOS de los microcontroladores modernos.
La placa de circuito de RF siempre debe tener una capa de línea de tierra conectada al electrodo negativo de la fuente de alimentación, lo que puede producir algunos fenómenos extraños si no se maneja adecuadamente. Esto puede resultar difícil de entender para un diseñador de circuitos digitales, porque la mayoría de los circuitos digitales funcionan bien incluso sin la capa de conexión a tierra. En la banda de RF, incluso un cable corto actúa como un inductor. Calculada de forma aproximada, la inductancia por mm de longitud es de aproximadamente 1 nH, y la reactancia inductiva de una línea de PCB de 10 mm a 434 MHz es de aproximadamente 27 Ω. Si no se utiliza la capa de línea de tierra, la mayoría de las líneas de tierra serán más largas y el circuito no garantizará las características de diseño.
Esto a menudo se pasa por alto en los circuitos que contienen la radiofrecuencia y otras partes. Además de la parte de RF, normalmente hay otros circuitos analógicos en la placa. Por ejemplo, muchos microcontroladores tienen convertidores analógicos a digitales (ADC) integrados para medir entradas analógicas, así como el voltaje de la batería u otros parámetros. Si la antena del transmisor de RF está ubicada cerca (o sobre) esta PCB, la señal de alta frecuencia emitida puede llegar a la entrada analógica del ADC. No olvide que cualquier línea de circuito puede enviar o recibir señales de RF como una antena. Si la entrada del ADC no se procesa correctamente, la señal de RF puede autoexcitarse en la entrada del diodo ESD al ADC, provocando una desviación del ADC.
Todas las conexiones a la capa de tierra deben ser lo más cortas posible y el orificio pasante a tierra debe estar colocado (o muy cerca) de la almohadilla del componente. Nunca permita que dos señales de tierra compartan un orificio pasante, lo que puede causar diafonía entre las dos almohadillas debido a la impedancia de conexión del orificio pasante. El condensador de desacoplamiento debe colocarse lo más cerca posible del pin y se debe utilizar el condensador de desacoplamiento en cada pin que deba desacoplarse. Al utilizar condensadores cerámicos de alta calidad, el tipo dieléctrico es "NPO", "X7R" también funciona bien en la mayoría de las aplicaciones. El valor ideal de la capacitancia seleccionada debe ser tal que su resonancia en serie sea igual a la frecuencia de la señal.
Por ejemplo, a 434 MHz, un condensador de 100 pF montado en SMD funcionará bien; a esta frecuencia, la reactancia capacitiva del condensador es de aproximadamente 4 Ω y la reactancia inductiva del orificio está en el mismo rango. El condensador y el orificio en serie forman un filtro de muesca para la frecuencia de la señal, lo que permite desacoplarla de manera efectiva. A 868 MHz, los condensadores de 33 p F son una opción ideal. Además del condensador de valor pequeño desacoplado por RF, también se debe colocar un condensador de valor grande en la línea eléctrica para desacoplar la baja frecuencia; puede elegir un condensador de cerámica de 2,2 μF o de tantalio de 10 μF.
El cableado en estrella es una técnica bien conocida en el diseño de circuitos analógicos. Cableado en estrella - Cada módulo de la placa tiene su propia línea de alimentación desde el punto de alimentación común. En este caso, el cableado en estrella significa que las partes digital y de RF del circuito deben tener sus propias líneas de alimentación, y estas líneas de alimentación deben desacoplarse por separado cerca del IC. Esta es una separación de los números.
Un método eficaz para el ruido parcial y del suministro de energía procedente de la parte de RF. Si los módulos con ruido severo se colocan en la misma placa, el inductor (cuenta magnética) o la resistencia pequeña (10 Ω) se pueden conectar en serie entre la línea de alimentación y el módulo, y el condensador de tantalio de al menos 10 μF. debe utilizarse como desacoplamiento de la fuente de alimentación de estos módulos. Dichos módulos son controladores RS 232 o reguladores de fuente de alimentación conmutada.
Para reducir la interferencia del módulo de ruido y la parte analógica circundante, es importante la disposición de cada módulo de circuito en la placa. Los módulos sensibles (piezas de RF y antenas) siempre deben mantenerse alejados de módulos ruidosos (microcontroladores y controladores RS 232) para evitar interferencias. Como se mencionó anteriormente, las señales de RF pueden causar interferencias a otros módulos de circuitos analógicos sensibles, como los ADC, cuando se envían. La mayoría de los problemas ocurren en bandas operativas más bajas (como 27 MHz), así como en niveles de salida de potencia altos. Es una buena práctica de diseño desacoplar los puntos sensibles con un condensador de desacoplamiento de RF (100p F) conectado a tierra.
Si está utilizando cables para conectar la placa RF a un circuito digital externo, utilice cables de par trenzado. Cada cable de señal debe estar hermanado con el cable GND (DIN/ GND, DOUT/ GND, CS/ GND, PWR _ UP/ GND). Recuerde conectar la placa de circuito RF y la placa de circuito de aplicación digital con el cable GND del cable de par trenzado, y la longitud del cable debe ser lo más corta posible. El cableado que alimenta la placa RF también debe estar trenzado con GND (VDD/GND).
