PCB 보드에 RF 회로와 디지털 회로를 모두 배치하는 방법은 무엇입니까?

아날로그 회로 (RF)와 디지털 회로 (마이크로 컨트롤러)가 개별적으로 잘 작동하지만 두 개를 동일한 회로 보드에 놓고 동일한 전원 공급 장치를 사용하여 함께 작동하면 전체 시스템이 불안정해질 수 있습니다. 이는 주로 디지털 신호가지면과 양의 전원 공급 장치 (크기 3 V) 사이를 자주 스윙하고 기간이 특히 짧고 종종 NS 수준이기 때문입니다. 큰 진폭과 작은 스위칭 시간으로 인해 이러한 디지털 신호에는 스위칭 주파수와 무관 한 많은 고주파수 구성 요소가 포함되어 있습니다. 아날로그 부분에서, 안테나 튜닝 루프에서 무선 장치의 수신 부분까지의 신호는 일반적으로 1μV 미만입니다.

민감한 선과 시끄러운 신호 라인의 부적절한 분리는 빈번한 문제입니다. 위에서 언급했듯이 디지털 신호는 스윙이 높으며 많은 수의 고주파 고조파를 포함합니다. PCB의 디지털 신호 배선이 민감한 아날로그 신호에 인접 해 있다면 고주파 고조파가 과거에 결합 될 수 있습니다. RF 장치의 민감한 노드는 일반적으로 위상 잠금 루프 (PLL)의 루프 필터 회로, 외부 전압 제어 발진기 (VCO) 인덕터, 크리스탈 기준 신호 및 안테나 터미널이며 회로의 이러한 부분을 처리해야합니다. 특별한주의로.

입력/출력 신호는 여러 V의 스윙을 갖기 때문에 디지털 회로는 일반적으로 전원 공급 장치 노이즈 (50mV 미만)에 허용됩니다. 아날로그 회로는 전원 공급 장치 노이즈, 특히 Burr 전압 및 기타 고주파 고조파에 민감합니다. 따라서 RF (또는 기타 아날로그) 회로를 포함하는 PCB 보드의 전원 라인 라우팅은 일반 디지털 회로 보드의 배선보다 더 조심해야하며 자동 라우팅을 피해야합니다. 또한 현대적인 마이크로 컨트롤러의 CMOS 프로세스 설계로 인해 마이크로 컨트롤러 (또는 다른 디지털 회로)가 각 내부 클록주기 동안 짧은 시간 동안 대부분의 전류를 갑자기 빨아 들일 것입니다.

RF 회로 보드에는 항상 전원 공급 장치의 음의 전극에 연결된 접지선 층이 있어야하며, 이는 제대로 처리되지 않으면 이상한 현상을 생성 할 수 있습니다. 대부분의 디지털 회로가 접지 계층이 없어도 잘 작동하기 때문에 디지털 회로 설계자가 이해하기 어려울 수 있습니다. RF 대역에서는 짧은 와이어조차도 인덕터처럼 작용합니다. 대략적으로 계산 된, mm 길이 당 인덕턴스는 약 1 nh이고, 434 MHz에서 10 mm PCB 라인의 유도 반응물은 약 27 Ω입니다. 접지선 층이 사용되지 않으면 대부분의 지상 선이 더 길어지고 회로는 설계 특성을 보장하지 않습니다.

이것은 종종 무선 주파수 및 기타 부품을 포함하는 회로에서 간과됩니다. RF 부분 외에도 보드에는 일반적으로 다른 아날로그 회로가 있습니다. 예를 들어, 많은 마이크로 컨트롤러에는 아날로그 입력 및 배터리 전압 또는 기타 매개 변수를 측정하기위한 아날로그-디지털 변환기 (ADC)가 내장되어 있습니다. RF 송신기의 안테나 가이 PCB 근처 (또는 그 위에) 있으면 방출 된 고주파 신호가 ADC의 아날로그 입력에 도달 할 수 있습니다. 모든 회로 라인은 안테나와 같은 RF 신호를 보내거나받을 수 있다는 것을 잊지 마십시오. ADC 입력이 올바르게 처리되지 않으면 RF 신호는 ADC에 대한 ESD 다이오드 입력에서 자체 실행하여 ADC 편차를 유발할 수 있습니다.

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접지 층에 대한 모든 연결은 가능한 한 짧아야하며, 접지 통과 구멍은 구성 요소의 패드에 배치해야합니다. 두 개의 접지 신호가 접지 통과 구멍을 공유하지 않도록하지 않으므로 통계 연결 임피던스로 인해 두 패드 사이에 크로스 토크가 발생할 수 있습니다. 디커플링 커패시터는 가능한 한 핀에 가깝게 배치해야하며 커패시터 디퍼 커플 링을 분리 해야하는 각 핀에 사용해야합니다. 고품질 세라믹 커패시터를 사용하여 유전체 유형은 "NPO", "X7R"도 대부분의 응용 분야에서 잘 작동합니다. 선택된 커패시턴스의 이상적인 값은 직렬 공명이 신호 주파수와 동일하도록해야합니다.

예를 들어, 434 MHz에서, SMD- 장착 100 PF 커패시터는이 주파수에서 커패시터의 용량 성 반응물은 약 4Ω이며 구멍의 유도 반응도는 동일한 범위에있다. 커패시터와 직렬 구멍은 신호 주파수에 대한 노치 필터를 형성하여 효과적으로 분리 될 수 있습니다. 868 MHz에서 33 P F 커패시터가 이상적인 선택입니다. RF 분리 된 소형 값 커패시터 외에도 저주파를 분리하기 위해 큰 값 커패시터를 전원 라인에 배치해야하며 2.2 μF 세라믹 또는 10μF 탄탈륨 커패시터를 선택할 수 있습니다.

스타 배선은 아날로그 회로 설계에서 잘 알려진 기술입니다. 스타 배선 - 보드의 각 모듈에는 공통 전원 공급 장치 전원 지점에서 자체 전원 라인이 있습니다. 이 경우 별 배선은 회로의 디지털 및 RF 부분에 자체 전력선이 있어야하며 이러한 전원 라인은 IC 근처에서 별도로 분리되어야합니다. 이것은 숫자와의 분리입니다

RF 부분에서 부분 및 전원 공급 장치 노이즈를위한 효과적인 방법. 심각한 노이즈가있는 모듈이 동일한 보드에 배치되는 경우, 인덕터 (자기 비드) 또는 작은 저항 저항 (10 Ω)을 전원 라인과 모듈 사이에 직렬로 연결할 수 있으며 최소 10 μf의 탄탈륨 커패시터 이 모듈의 전원 공급 장치 분리로 사용해야합니다. 이러한 모듈은 Rs 232 드라이버 또는 스위칭 전원 공급 장치 레귤레이터입니다.

노이즈 모듈과 주변 아날로그 부품의 간섭을 줄이려면 보드의 각 회로 모듈의 레이아웃이 중요합니다. 민감한 모듈 (RF 부품 및 안테나)은 간섭을 피하기 위해 항상 시끄러운 모듈 (마이크로 컨트롤러 및 Rs 232 드라이버)에서 멀리 떨어져 있어야합니다. 위에서 언급했듯이 RF 신호는 ADC와 같은 다른 민감한 아날로그 회로 모듈이 전송 될 때 간섭을 일으킬 수 있습니다. 대부분의 문제는 낮은 작동 대역 (예 : 27 MHz)과 높은 전력 출력 레벨에서 발생합니다. 지면에 연결된 RF 디커플링 커패시터 (100p)로 민감한 점을 분리하는 것이 좋습니다.

케이블을 사용하여 RF 보드를 외부 디지털 회로에 연결하는 경우 Twisted-Pair 케이블을 사용하십시오. 각 신호 케이블은 GND 케이블 (DIN/ GND, DOUT/ GND, CS/ GND, PWR _ UP/ GND)으로 트위닝해야합니다. RF 회로 보드와 Digital Application Circuit Board를 트위스트 페어 케이블의 GND 케이블과 연결해야하며 케이블 길이는 가능한 한 짧아야합니다. RF 보드에 전원을 공급하는 배선도 GND (VDD/ GND)와 비틀어 야합니다.

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