RF回路とデジタル回路の両方をPCBボードに配置する方法は?

アナログ回路(RF)とデジタル回路(マイクロコントローラー)が個別にうまく機能しますが、同じ回路基板に2つを置き、同じ電源を使用して一緒に動作すると、システム全体が不安定になる可能性があります。これは主に、デジタル信号が地面と正の電源の間を頻繁にスイングするため(サイズ3 V)、期間は特に短く、しばしばNSレベルです。振幅が大きく、スイッチング時間が少ないため、これらのデジタル信号には、スイッチング周波数に依存しない多数の高周波コンポーネントが含まれています。アナログ部分では、アンテナチューニングループからワイヤレスデバイスの受信部分への信号は、一般に1μV未満です。

敏感なラインとノイズの多い信号線の不十分な分離は頻繁な問題です。上記のように、デジタル信号はスイングが高く、多数の高周波高調波が含まれています。 PCBのデジタル信号配線が敏感なアナログ信号に隣接している場合、高周波高調波が過去に結合される可能性があります。 RFデバイスの機密ノードは、通常、位相ロックループ(PLL)のループフィルター回路、外部電圧制御オシレーター(VCO)インダクタ、結晶参照信号、アンテナ端子であり、回路のこれらの部分は特別なケアで処理する必要があります。

入力/出力信号にはいくつかのVのスイングがあるため、デジタル回路は一般に電源ノイズ(50 mV未満)で許容されます。アナログ回路は、特にBurr電圧やその他の高周波高調波に敏感です。したがって、RF(またはその他のアナログ)回路を含むPCBボード上の電力線ルーティングは、通常のデジタル回路基板の配線よりも注意する必要があり、自動ルーティングを避ける必要があります。また、最新のマイクロコントローラーのCMOSプロセス設計により、各内部クロックサイクル中に、マイクロコントローラー(または他のデジタル回路)が各内部クロックサイクル中に短時間電流の大部分を突然吸うことに注意する必要があります。

RF回路基板には、電源の負の電極に接続された地下線層が常にある必要があります。これにより、適切に処理されないと奇妙な現象が生成される場合があります。ほとんどのデジタルサーキットは接地層がなくてもうまく機能するため、これはデジタルサーキットデザイナーが理解するのが難しいかもしれません。 RFバンドでは、短いワイヤーでさえインダクタのように機能します。大まかに計算されて、mm長さあたりのインダクタンスは約1 nhであり、434 MHzでの10 mM PCB系統の誘導反応性は約27Ωです。地下線層が使用されていない場合、ほとんどのグラウンドラインは長くなり、回路は設計特性を保証しません。

これは、無線周波数やその他の部品を含む回路で見落とされがちです。 RF部分に加えて、通常、ボード上に他のアナログ回路があります。たとえば、多くのマイクロコントローラーには、アナログ間コンバーター(ADC)が組み込まれており、アナログ入力、バッテリー電圧またはその他のパラメーターを測定しています。 RF送信機のアンテナがこのPCBの近く(またはオン)に配置されている場合、放出された高周波信号はADCのアナログ入力に到達する可能性があります。回路線がアンテナのようなRF信号を送信または受信できることを忘れないでください。 ADC入力が適切に処理されていない場合、RF信号はADCへのESDダイオード入力に自己拡大し、ADC偏差を引き起こす可能性があります。

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接地層へのすべての接続はできるだけ短くする必要があり、コンポーネントのパッドに接地されたスルーホールを配置(または非常に近い)する必要があります。 2つの接地信号がグラウンドスルーホールを共有できるようにしないでください。これにより、スルーホール接続インピーダンスのために2つのパッドの間にクロストークが発生する可能性があります。デカップリングコンデンサは、可能な限りピンの近くに配置する必要があり、コンデンサのデカップリングを使用する必要がある各ピンで使用する必要があります。高品質のセラミックコンデンサを使用して、誘電体タイプは「NPO」、「X7R」もほとんどのアプリケーションでうまく機能します。選択された容量の理想的な値は、その直列の共鳴が信号周波数に等しくなるようにする必要があります。

たとえば、434 MHzでは、SMDに取り付けられた100 PFコンデンサがうまく機能します。この周波数では、コンデンサの容量性反応性は約4Ωであり、穴の誘導反応性は同じ範囲です。コンデンサと直列の穴は、信号周波数のノッチフィルターを形成し、効果的に分離することができます。 868 MHzでは、33 P Fコンデンサが理想的な選択です。 RF分離された小さな値コンデンサに加えて、低周波数を分離するために大きな値コンデンサも電力線に配置する必要があります。2.2μFセラミックまたは10μFタンタルコンデンサを選択できます。

星配線は、アナログ回路設計でよく知られている手法です。星配線 - ボード上の各モジュールには、共通の電源パワーポイントから独自の電力線があります。この場合、星の配線は、回路のデジタル部分とRF部分に独自の電力線が必要であることを意味し、これらの電力線はICの近くで個別に分離する必要があります。これは数字からの分離です

RF部分からの部分的および電源ノイズの効果的な方法。重度のノイズを持つモジュールが同じボードに配置されている場合、インダクタ(磁気ビーズ)または小さな抵抗抵抗(10Ω)を電力線とモジュール間の直列で接続でき、これらのモジュールの電源排出として少なくとも10μFのタンタルコンデンサを使用する必要があります。このようなモジュールは、Rs 232ドライバーまたは電源レギュレーターの切り替えです。

ノイズモジュールと周囲のアナログ部分からの干渉を減らすために、ボード上の各回路モジュールのレイアウトが重要です。干渉を避けるために、機密モジュール(RFパーツとアンテナ)は、騒々しいモジュール(マイクロコントローラーとRs 232ドライバー)から常に遠ざけてください。上記のように、RF信号は、送信時にADCなどの他の敏感なアナログ回路モジュールへの干渉を引き起こす可能性があります。ほとんどの問題は、より低いオペレーティングバンド(27 MHzなど)および高出力レベルで発生します。地面に接続されたRF分離コンデンサ(100p F)を使用して、敏感なポイントを切り離すための優れた設計習慣です。

ケーブルを使用してRFボードを外部デジタル回路に接続している場合は、ツイストペアケーブルを使用してください。各信号ケーブルは、GNDケーブル(DIN/ GND、DOUT/ GND、CS/ GND、PWR _ UP/ GND)で双子にする必要があります。 RF回路基板とデジタルアプリケーション回路基板をツイストペアケーブルのGNDケーブルに接続することを忘れないでください。ケーブルの長さはできるだけ短くする必要があります。 RFボードに電力を供給する配線も、GND(VDD/ GND)でねじれている必要があります。

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