アナログ回路 (RF) とデジタル回路 (マイコン) が個別に動作する場合、それらが同じ基板上に配置され、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、デジタル信号がグランドと正の電源 (サイズ 3 V) の間で頻繁にスイングし、その周期が特に短く、多くの場合 ns レベルであるためです。振幅が大きく、スイッチング時間が短いため、これらのデジタル信号には、スイッチング周波数とは独立した多数の高周波成分が含まれています。アナログ部分では、アンテナ同調ループから無線デバイスの受信部分への信号は通常 1μV 未満です。
敏感な回線やノイズの多い信号回線の絶縁が不十分であることが頻繁に問題になります。前述したように、デジタル信号は振幅が大きく、多数の高周波高調波が含まれています。 PCB 上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、高周波高調波が結合して通過する可能性があります。 RF デバイスの敏感なノードは通常、フェーズ ロック ループ (PLL) のループ フィルター回路、外部電圧制御発振器 (VCO) インダクター、水晶基準信号、およびアンテナ端子であり、回路のこれらの部分を処理する必要があります。特別な注意を払って。
入出力信号には数 V の振幅があるため、デジタル回路では一般に電源ノイズ (50 mV 未満) が許容されます。アナログ回路は電源ノイズ、特にバリ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 基板上の電源線の配線は、通常のデジタル回路基板上の配線よりも注意深く行う必要があり、自動配線は避けるべきです。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、マイクロコントローラー (またはその他のデジタル回路) は、各内部クロック サイクル中に短時間、突然電流の大部分を吸い込むことにも注意してください。
RF回路基板には電源のマイナス極に必ずグランド線層が接続されている必要があり、取り扱いを誤ると奇妙な現象が発生する可能性があります。ほとんどのデジタル回路は接地層がなくても正常に機能するため、デジタル回路設計者にとってこれを理解するのは難しいかもしれません。 RF 帯域では、短いワイヤでもインダクタのように機能します。大まかに計算すると、長さ mm あたりのインダクタンスは約 1 nH で、434 MHz での 10 mm の PCB ラインの誘導リアクタンスは約 27 Ω です。グランド線層を使用しない場合、ほとんどのグランド線が長くなり、回路の設計特性が保証されなくなります。
これは、無線周波数やその他の部品を含む回路では見落とされがちです。 RF 部分に加えて、通常、ボード上には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、アナログ入力だけでなくバッテリー電圧やその他のパラメーターを測定するためのアナログデジタルコンバーター (ADC) が組み込まれています。 RF トランスミッターのアンテナがこの PCB の近く (または PCB 上) に配置されている場合、放出された高周波信号が ADC のアナログ入力に到達する可能性があります。どの回線でもアンテナと同様に RF 信号を送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、ADC への ESD ダイオード入力で RF 信号が自己励起し、ADC 偏差が発生する可能性があります。
グランド層へのすべての接続はできるだけ短くする必要があり、グランド スルーホールはコンポーネントのパッドに (または非常に近くに) 配置する必要があります。 2 つのグランド信号がグランド スルーホールを共有しないようにしてください。スルーホールの接続インピーダンスにより、2 つのパッド間で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 コンデンサはできる限りピンの近くに配置する必要があり、デカップリングが必要な各ピンでコンデンサ デカップリングを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おり、誘電体タイプは「NPO」であり、「X7R」もほとんどのアプリケーションでうまく機能します。選択した静電容量の理想的な値は、その直列共振が信号周波数と等しくなるような値である必要があります。
たとえば、434 MHz では、SMD 実装の 100 pF コンデンサが適切に動作します。この周波数では、コンデンサの容量性リアクタンスは約 4 Ω、ホールの誘導性リアクタンスは同じ範囲にあります。直列のコンデンサと穴は信号周波数のノッチ フィルターを形成し、効果的にデカップリングできます。 868 MHz では、33 p F のコンデンサが理想的な選択です。 RF デカップリングされた小さな値のコンデンサに加えて、低周波をデカップリングするために大きな値のコンデンサも電源ラインに配置する必要があります。2.2 μF のセラミック コンデンサまたは 10 μF のタンタル コンデンサを選択できます。
スター配線は、アナログ回路設計ではよく知られた手法です。スター配線 - ボード上の各モジュールには、共通の電源供給ポイントからの独自の電力線があります。この場合、スター配線は、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り、これらの電力線が IC の近くで個別にデカップリングされる必要があることを意味します。これは数字からの分離です
RF部からの部分ノイズや電源ノイズに有効な方法です。ノイズの激しいモジュールを同一基板上に配置する場合は、電源ラインとモジュールの間にインダクタ（磁気ビーズ）や小抵抗（10Ω）を直列に接続し、10μF以上のタンタルコンデンサを接続することも可能です。これらのモジュールの電源デカップリングとして使用する必要があります。このようなモジュールは、RS 232 ドライバーまたはスイッチング電源レギュレーターです。
ノイズモジュールや周囲のアナログ部からの干渉を低減するには、基板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、敏感なモジュール (RF 部品およびアンテナ) は、ノイズの多いモジュール (マイクロコントローラーおよび RS 232 ドライバー) から常に遠ざける必要があります。上で述べたように、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に干渉を引き起こす可能性があります。ほとんどの問題は、高出力レベルだけでなく、より低い動作帯域 (27 MHz など) でも発生します。グランドに接続された RF デカップリング コンデンサ (100p F) を使用して敏感な点をデカップリングすることは、良い設計方法です。
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する場合は、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) と対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は必ずツイストペア ケーブルの GND ケーブルで接続し、ケーブル長はできるだけ短くしてください。 RF ボードに電力を供給する配線も、GND (VDD/GND) とツイストする必要があります。
