Se il circuito analogico (RF) e il circuito digitale (microcontrollore) funzionano bene individualmente, ma una volta posizionati sullo stesso circuito stampato e utilizzati lo stesso alimentatore per lavorare insieme, è probabile che l'intero sistema diventi instabile.Ciò è dovuto principalmente al fatto che il segnale digitale oscilla frequentemente tra la massa e l'alimentazione positiva (dimensione 3 V) e il periodo è particolarmente breve, spesso di livello ns.A causa della grande ampiezza e del breve tempo di commutazione, questi segnali digitali contengono un gran numero di componenti ad alta frequenza indipendenti dalla frequenza di commutazione.Nella parte analogica, il segnale dal circuito di sintonizzazione dell'antenna alla parte ricevente del dispositivo wireless è generalmente inferiore a 1μV.
L'isolamento inadeguato delle linee sensibili e delle linee di segnale rumorose è un problema frequente.Come accennato in precedenza, i segnali digitali hanno un'oscillazione elevata e contengono un gran numero di armoniche ad alta frequenza.Se il cablaggio del segnale digitale sul PCB è adiacente a segnali analogici sensibili, è possibile che vengano accoppiate armoniche ad alta frequenza.I nodi sensibili dei dispositivi RF sono solitamente il circuito del filtro dell'anello ad aggancio di fase (PLL), l'induttore dell'oscillatore controllato in tensione esterno (VCO), il segnale di riferimento del cristallo e il terminale dell'antenna, e queste parti del circuito dovrebbero essere trattate con particolare cura.
Poiché il segnale di ingresso/uscita ha un'oscillazione di diversi V, i circuiti digitali sono generalmente accettabili per il rumore dell'alimentazione (meno di 50 mV).I circuiti analogici sono sensibili al rumore dell'alimentatore, in particolare alle tensioni di sbavatura e ad altre armoniche ad alta frequenza.Pertanto, l'instradamento della linea di alimentazione sulla scheda PCB contenente circuiti RF (o altri circuiti analogici) deve essere più accurato rispetto al cablaggio sulla normale scheda a circuiti digitali e l'instradamento automatico deve essere evitato.Va inoltre notato che un microcontrollore (o un altro circuito digitale) assorbirà improvvisamente la maggior parte della corrente per un breve periodo di tempo durante ogni ciclo di clock interno, a causa della progettazione del processo CMOS dei moderni microcontrollori.
Il circuito RF dovrebbe sempre avere uno strato di linea di terra collegato all'elettrodo negativo dell'alimentatore, che potrebbe produrre fenomeni strani se non gestito correttamente.Questo può essere difficile da comprendere per un progettista di circuiti digitali, perché la maggior parte dei circuiti digitali funziona bene anche senza lo strato di messa a terra.Nella banda RF anche un filo corto agisce come un induttore.Calcolato approssimativamente, l'induttanza per mm di lunghezza è di circa 1 nH e la reattanza induttiva di una linea PCB da 10 mm a 434 MHz è di circa 27 Ω.Se lo strato della linea di terra non viene utilizzato, la maggior parte delle linee di terra saranno più lunghe e il circuito non garantirà le caratteristiche di progetto.
Questo viene spesso trascurato nei circuiti che contengono la radiofrequenza e altre parti.Oltre alla parte RF, solitamente sulla scheda sono presenti altri circuiti analogici.Ad esempio, molti microcontrollori dispongono di convertitori analogico-digitali (ADC) integrati per misurare gli ingressi analogici, nonché la tensione della batteria o altri parametri.Se l'antenna del trasmettitore RF è posizionata vicino (o su) questo PCB, il segnale ad alta frequenza emesso potrebbe raggiungere l'ingresso analogico dell'ADC.Non dimenticare che qualsiasi linea del circuito può inviare o ricevere segnali RF come un'antenna.Se l'ingresso dell'ADC non viene elaborato correttamente, il segnale RF potrebbe autoeccitarsi nell'ingresso del diodo ESD nell'ADC, causando una deviazione dell'ADC.
Tutti i collegamenti allo strato di terra devono essere i più corti possibile e il foro passante di terra deve essere posizionato (o molto vicino) alla piazzola del componente.Non consentire mai a due segnali di terra di condividere un foro passante di terra, poiché ciò potrebbe causare diafonia tra i due pad a causa dell'impedenza di connessione del foro passante.Il condensatore di disaccoppiamento deve essere posizionato il più vicino possibile al pin e il condensatore di disaccoppiamento deve essere utilizzato su ciascun pin che deve essere disaccoppiato.Utilizzando condensatori ceramici di alta qualità, il tipo dielettrico è "NPO", anche "X7R" funziona bene nella maggior parte delle applicazioni.Il valore ideale della capacità selezionata dovrebbe essere tale che la sua risonanza in serie sia uguale alla frequenza del segnale.
Ad esempio, a 434 MHz, il condensatore da 100 pF montato su SMD funzionerà bene, a questa frequenza la reattanza capacitiva del condensatore è di circa 4 Ω e la reattanza induttiva del foro è nello stesso intervallo.Il condensatore e il foro in serie formano un filtro notch per la frequenza del segnale, consentendone un efficace disaccoppiamento.A 868 MHz, i condensatori da 33 pF sono la scelta ideale.Oltre al condensatore di piccolo valore disaccoppiato RF, è necessario posizionare anche un condensatore di grande valore sulla linea di alimentazione per disaccoppiare la bassa frequenza, è possibile scegliere un condensatore ceramico da 2,2 μF o al tantalio da 10 μF.
Il cablaggio a stella è una tecnica ben nota nella progettazione di circuiti analogici.Cablaggio a stella - Ogni modulo sulla scheda ha la propria linea di alimentazione dal punto di alimentazione comune.In questo caso, il cablaggio a stella significa che le parti digitali e RF del circuito dovrebbero avere le proprie linee di alimentazione e queste linee di alimentazione dovrebbero essere disaccoppiate separatamente vicino al circuito integrato.Questa è una separazione dai numeri
Un metodo efficace per il rumore parziale e di alimentazione proveniente dalla porzione RF.Se i moduli con forte rumore sono posti sulla stessa scheda, è possibile collegare in serie tra la linea di alimentazione e il modulo l'induttore (perlina magnetica) o la piccola resistenza (10 Ω) e il condensatore al tantalio di almeno 10 μF deve essere utilizzato come disaccoppiamento dell'alimentazione di questi moduli.Tali moduli sono driver RS 232 o regolatori di alimentazione a commutazione.
Per ridurre l'interferenza del modulo rumore e della parte analogica circostante, è importante la disposizione di ciascun modulo circuitale sulla scheda.I moduli sensibili (parti RF e antenne) devono essere sempre tenuti lontani dai moduli rumorosi (microcontrollori e driver RS 232) per evitare interferenze.Come accennato in precedenza, i segnali RF possono causare interferenze con altri moduli di circuiti analogici sensibili come gli ADC quando vengono inviati.La maggior parte dei problemi si verificano nelle bande operative inferiori (come 27 MHz) e con livelli di potenza in uscita elevati.È buona pratica di progettazione disaccoppiare i punti sensibili con un condensatore di disaccoppiamento RF (100p F) collegato a terra.
Se si utilizzano cavi per collegare la scheda RF a un circuito digitale esterno, utilizzare cavi a doppini intrecciati.Ogni cavo di segnale deve essere gemellato con il cavo GND (DIN/ GND, DOUT/ GND, CS/ GND, PWR _ UP/ GND).Ricordarsi di collegare la scheda del circuito RF e la scheda del circuito dell'applicazione digitale con il cavo GND del cavo a doppino intrecciato e la lunghezza del cavo deve essere la più corta possibile.Anche il cablaggio che alimenta la scheda RF deve essere intrecciato con GND (VDD/GND).
