چگونه می توان مدار RF و مدار دیجیتال را در صفحه PCB قرار داد؟

اگر مدار آنالوگ (RF) و مدار دیجیتال (میکروکنترلر) به صورت جداگانه کار کنند ، اما هنگامی که این دو را روی همان صفحه مدار قرار دهید و از همان منبع تغذیه برای کار با یکدیگر استفاده کنید ، احتمالاً کل سیستم ناپایدار خواهد بود. این امر عمدتاً به این دلیل است که سیگنال دیجیتالی اغلب بین زمین و منبع تغذیه مثبت (اندازه 3 ولت) می چرخد ​​و دوره به ویژه در سطح NS بسیار کوتاه است. با توجه به دامنه بزرگ و زمان سوئیچینگ کوچک ، این سیگنال های دیجیتال حاوی تعداد زیادی از اجزای با فرکانس بالا هستند که مستقل از فرکانس سوئیچینگ هستند. در قسمت آنالوگ ، سیگنال از حلقه تنظیم آنتن به قسمت دریافت کننده دستگاه بی سیم به طور کلی کمتر از 1μV است.

جداسازی ناکافی خطوط حساس و خطوط سیگنال پر سر و صدا یک مشکل مکرر است. همانطور که در بالا ذکر شد ، سیگنال های دیجیتال نوسان زیادی دارند و حاوی تعداد زیادی از هارمونیک با فرکانس بالا هستند. اگر سیم کشی سیگنال دیجیتال روی PCB مجاور سیگنال های آنالوگ حساس باشد ، ممکن است هارمونیک با فرکانس بالا از گذشته همراه باشد. گره های حساس دستگاه های RF معمولاً مدار فیلتر حلقه حلقه قفل شده فاز (PLL) ، سلف نوسان ساز کنترل شده با ولتاژ خارجی (VCO) ، سیگنال مرجع کریستال و ترمینال آنتن هستند و این قسمت های مدار باید با مراقبت ویژه درمان شوند.

از آنجا که سیگنال ورودی/خروجی دارای نوسان چندین V است ، مدارهای دیجیتال به طور کلی برای نویز منبع تغذیه (کمتر از 50 میلی ولت) قابل قبول هستند. مدارهای آنالوگ نسبت به سر و صدای منبع تغذیه حساس هستند ، به خصوص در مورد ولتاژهای Burr و سایر هارمونیک های فرکانس بالا. بنابراین ، مسیریابی خط برق در صفحه PCB حاوی مدارهای RF (یا سایر آنالوگ) باید مراقب تر از سیم کشی روی برد مدار دیجیتال معمولی باشد و باید از مسیریابی خودکار جلوگیری کرد. همچنین لازم به ذکر است که یک میکروکنترلر (یا سایر مدار دیجیتال) به دلیل طراحی فرآیند CMOS از میکروکنترلرهای مدرن ، به طور ناگهانی در بیشتر جریان برای مدت زمان کوتاه در طول هر چرخه ساعت داخلی می خورد.

برد مدار RF همیشه باید دارای یک لایه خط زمینی باشد که به الکترود منفی منبع تغذیه متصل است ، که در صورت عدم برخورد صحیح ، ممکن است پدیده های عجیب و غریب ایجاد کند. این ممکن است برای یک طراح مدار دیجیتال دشوار باشد ، زیرا بیشتر مدارهای دیجیتال حتی بدون لایه زمینی به خوبی عمل می کنند. در گروه RF ، حتی یک سیم کوتاه مانند سلف عمل می کند. تقریباً محاسبه شده ، القاء در طول میلی متر حدود 1 نانومتر است ، و واکنش القایی یک خط PCB 10 میلی متر در 434 مگاهرتز حدود 27 Ω است. اگر از لایه خط زمین استفاده نشود ، بیشتر خطوط زمینی طولانی تر خواهند بود و مدار ویژگی های طراحی را تضمین نمی کند.

این اغلب در مدارهایی که حاوی فرکانس رادیویی و سایر قسمت ها هستند نادیده گرفته می شود. علاوه بر بخش RF ، معمولاً مدارهای آنالوگ دیگری نیز در صفحه وجود دارد. به عنوان مثال ، بسیاری از میکروکنترلرها برای اندازه گیری ورودی های آنالوگ و همچنین ولتاژ باتری یا پارامترهای دیگر دارای مبدل های آنالوگ به دیجیتال (ADC) هستند. اگر آنتن فرستنده RF در نزدیکی (یا ON) این PCB قرار داشته باشد ، سیگنال با فرکانس بالا ساطع شده ممکن است به ورودی آنالوگ ADC برسد. فراموش نکنید که هر خط مدار می تواند سیگنال های RF مانند آنتن را ارسال یا دریافت کند. اگر ورودی ADC به درستی پردازش نشود ، سیگنال RF ممکن است در ورودی دیود ESD به ADC خودکشی کند و باعث انحراف ADC شود.

图片 1

تمام اتصالات به لایه زمین باید تا حد امکان کوتاه باشد و زمین از طریق سوراخ باید (یا بسیار نزدیک به) پد مؤلفه قرار گیرد. هرگز به دو سیگنال زمینی اجازه ندهید که یک سوراخ زمین را به اشتراک بگذارند ، که به دلیل امپدانس اتصال از طریق سوراخ می تواند باعث ایجاد متقاطع بین دو پد شود. خازن جداشده باید تا حد ممکن نزدیک به پین ​​قرار گیرد و جداسازی خازن باید در هر پین که نیاز به جدا شدن دارد استفاده شود. با استفاده از خازن های سرامیکی با کیفیت بالا ، نوع دی الکتریک "NPO" است ، "X7R" نیز در اکثر برنامه ها به خوبی کار می کند. مقدار ایده آل از ظرفیت انتخاب شده باید به گونه ای باشد که رزونانس سری آن برابر با فرکانس سیگنال باشد.

به عنوان مثال ، در 434 مگاهرتز ، خازن 100 PF نصب شده SMD به خوبی کار خواهد کرد ، در این فرکانس ، واکنش خازنی خازن حدود 4 Ω است و واکنش القایی سوراخ در همان محدوده است. خازن و سوراخ در سری یک فیلتر شکاف برای فرکانس سیگنال تشکیل می دهد و به شما اجازه می دهد تا به طور مؤثر جدا شود. در 868 مگاهرتز ، خازن 33 P F یک انتخاب ایده آل است. علاوه بر خازن با ارزش کوچک RF جدا شده ، یک خازن با ارزش بزرگ نیز باید در خط برق قرار گیرد تا فرکانس پایین را جدا کند ، می تواند یک خازن سرامیکی 2.2 میکرومتر یا 10μF Tantalum را انتخاب کند.

سیم کشی ستاره یک تکنیک شناخته شده در طراحی مدار آنالوگ است. سیم کشی ستاره - هر ماژول روی صفحه از نقطه منبع تغذیه مشترک خط برق خود را دارد. در این حالت ، سیم کشی ستاره به این معنی است که قسمت های دیجیتالی و RF مدار باید خطوط برق خود را داشته باشند و این خطوط برق باید به طور جداگانه در نزدیکی IC جدا شوند. این جدایی از اعداد است

یک روش مؤثر برای نویز جزئی و منبع تغذیه از قسمت RF. اگر ماژول هایی با سر و صدای شدید روی یک تخته قرار بگیرند ، سلف (مهره مغناطیسی) یا مقاومت کمی مقاومت (10 Ω) می توانند به صورت سری بین خط برق و ماژول متصل شوند ، و از خازن تانتالوم حداقل 10 میکرومتر باید به عنوان جداسازی منبع تغذیه این ماژول ها استفاده شود. چنین ماژول هایی درایور 232 روپیه یا تنظیم کننده منبع تغذیه سوئیچینگ هستند.

به منظور کاهش تداخل از ماژول نویز و قسمت آنالوگ اطراف ، طرح هر ماژول مدار روی صفحه مهم است. ماژول های حساس (قطعات RF و آنتن ها) همیشه باید از ماژول های پر سر و صدا (میکروکنترلرها و درایور 232 روپیه) دور نگه داشته شوند تا از تداخل خودداری کنند. همانطور که در بالا ذکر شد ، سیگنال های RF می توانند در هنگام ارسال ، در ماژول های مدار حساس آنالوگ مانند ADC ایجاد کنند. بیشتر مشکلات در باندهای عامل پایین تر (مانند 27 مگاهرتز) و همچنین سطح تولید قدرت بالا رخ می دهد. این یک روش طراحی خوب برای جدا کردن نقاط حساس با یک خازن جدا کننده RF (100p f) متصل به زمین است.

اگر از کابل ها برای اتصال صفحه RF به یک مدار دیجیتال خارجی استفاده می کنید ، از کابل های جفت پیچ خورده استفاده کنید. هر کابل سیگنال باید با کابل GND (DIN/ GND ، DOUT/ GND ، CS/ GND ، PWR _ UP/ GND) دوقلوی شود. به یاد داشته باشید که برد مدار RF و برد مدار برنامه دیجیتال را با کابل GND کابل جفت پیچ خورده وصل کنید و طول کابل باید تا حد امکان کوتاه باشد. سیم کشی که از صفحه RF قدرت می گیرد نیز باید با GND (VDD/ GND) پیچ خورده باشد.

图片 2