Если аналоговая схема (РЧ) и цифровая схема (микроконтроллер) хорошо работают по отдельности, но как только вы поместите их на одну плату и используете один и тот же источник питания для совместной работы, вся система, скорее всего, станет нестабильной.Это происходит главным образом потому, что цифровой сигнал часто колеблется между землей и положительным источником питания (размером 3 В), а период особенно короткий, часто на уровне нс.Благодаря большой амплитуде и малому времени переключения эти цифровые сигналы содержат большое количество высокочастотных составляющих, не зависящих от частоты переключения.В аналоговой части сигнал от контура настройки антенны до приемной части беспроводного устройства обычно составляет менее 1 мкВ.
Недостаточная изоляция чувствительных линий и сигнальных линий с шумом является частой проблемой.Как уже говорилось выше, цифровые сигналы имеют большой размах и содержат большое количество высокочастотных гармоник.Если проводка цифрового сигнала на печатной плате соседствует с чувствительными аналоговыми сигналами, высокочастотные гармоники могут пройти мимо.Чувствительными узлами радиочастотных устройств обычно являются схема контурного фильтра системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), дроссель внешнего генератора, управляемого напряжением (ГУН), кварцевый опорный сигнал и антенный вывод, и эти части схемы следует рассматривать с особой тщательностью.
Поскольку входной/выходной сигнал имеет размах в несколько В, для цифровых схем обычно допустимы шумы источника питания (менее 50 мВ).Аналоговые схемы чувствительны к помехам источника питания, особенно к помехам и другим высокочастотным гармоникам.Поэтому прокладка линии электропередачи на печатной плате, содержащей радиочастотные (или другие аналоговые) схемы, должна быть более тщательной, чем проводка на обычной цифровой плате, и следует избегать автоматической прокладки.Следует также отметить, что микроконтроллер (или другая цифровая схема) внезапно поглощает большую часть тока в течение короткого периода времени во время каждого внутреннего тактового цикла из-за конструкции КМОП-процесса современных микроконтроллеров.
На радиочастотной плате всегда должен быть заземляющий слой, подключенный к отрицательному электроду источника питания, что может привести к некоторым странным явлениям, если с ним не обращаться должным образом.Разработчику цифровых схем это может быть сложно понять, поскольку большинство цифровых схем хорошо функционируют даже без слоя заземления.В радиочастотном диапазоне даже короткий провод действует как индуктор.Грубо подсчитано, индуктивность на мм длины составляет около 1 нГн, а индуктивное сопротивление линии печатной платы длиной 10 мм на частоте 434 МГц составляет около 27 Ом.Если слой линии заземления не используется, большинство линий заземления будут длиннее, и схема не будет гарантировать расчетные характеристики.
Это часто упускают из виду в схемах, содержащих радиочастотные и другие компоненты.Помимо ВЧ-части на плате обычно имеются и другие аналоговые схемы.Например, многие микроконтроллеры имеют встроенные аналого-цифровые преобразователи (АЦП) для измерения аналоговых входов, а также напряжения батареи или других параметров.Если антенна ВЧ-передатчика расположена рядом (или на) этой плате, излучаемый высокочастотный сигнал может достичь аналогового входа АЦП.Не забывайте, что любая линия цепи может отправлять или принимать радиочастотные сигналы, как антенна.Если входной сигнал АЦП не обрабатывается должным образом, радиочастотный сигнал может самовозбуждаться на входе ESD-диода АЦП, вызывая отклонение АЦП.
Все соединения со слоем заземления должны быть как можно короче, а сквозное отверстие для заземления должно располагаться (или очень близко к) площадке компонента.Никогда не позволяйте двум сигналам заземления использовать одно и то же сквозное отверстие, поскольку это может вызвать перекрестные помехи между двумя контактными площадками из-за импеданса соединения через отверстие.Развязывающий конденсатор следует размещать как можно ближе к выводу, а развязывающий конденсатор следует использовать на каждом выводе, который необходимо развязать.Использование высококачественных керамических конденсаторов с типом диэлектрика «NPO», «X7R» также хорошо работает в большинстве приложений.Идеальное значение выбранной емкости должно быть таким, чтобы ее последовательный резонанс был равен частоте сигнала.
Например, на частоте 434 МГц хорошо будет работать конденсатор емкостью 100 пФ, установленный на поверхностном монтаже, на этой частоте емкостное реактивное сопротивление конденсатора составляет около 4 Ом, и индуктивное реактивное сопротивление отверстия находится в том же диапазоне.Конденсатор и последовательно соединенное отверстие образуют режекторный фильтр для частоты сигнала, что позволяет эффективно его развязать.На частоте 868 МГц идеальным выбором являются конденсаторы емкостью 33 пФ.В дополнение к конденсатору малого номинала с радиочастотной развязкой, на линии электропередачи также должен быть установлен конденсатор большого номинала для развязки низкой частоты, можно выбрать керамический конденсатор емкостью 2,2 мкФ или танталовый конденсатор емкостью 10 мкФ.
Соединение звездой — хорошо известный метод проектирования аналоговых схем.Схема подключения звездой. Каждый модуль на плате имеет собственную линию электропитания от общей точки электропитания.В этом случае звездное соединение означает, что цифровая и радиочастотная части схемы должны иметь свои собственные линии питания, и эти линии питания должны быть развязаны отдельно возле микросхемы.Это отрыв от цифр
Эффективный метод устранения частичных шумов и помех источника питания в ВЧ-части.Если модули с сильным шумом размещены на одной плате, между линией питания и модулем можно последовательно подключить дроссель (магнитный шарик) или сопротивление малого сопротивления (10 Ом), а также танталовый конденсатор емкостью не менее 10 мкФ. должен использоваться для развязки питания этих модулей.Такими модулями являются драйверы RS 232 или импульсные стабилизаторы питания.
Чтобы уменьшить помехи от модуля шума и окружающей аналоговой части, важно расположение каждого схемного модуля на плате.Чувствительные модули (части RF и антенны) всегда следует располагать вдали от модулей с шумом (микроконтроллеров и драйверов RS 232), чтобы избежать помех.Как упоминалось выше, при отправке радиочастотные сигналы могут вызывать помехи в других чувствительных модулях аналоговых схем, таких как АЦП.Большинство проблем возникает в нижних рабочих диапазонах (например, 27 МГц), а также при высоких уровнях выходной мощности.Хорошей практикой проектирования является развязка чувствительных точек с помощью ВЧ-развязывающего конденсатора (100 п Ф), подключенного к земле.
Если вы используете кабели для подключения ВЧ-платы к внешней цифровой схеме, используйте витую пару.Каждый сигнальный кабель должен быть спарен с кабелем GND (DIN/GND, DOUT/GND, CS/GND, PWR _ UP/GND).Не забудьте соединить ВЧ-плату и плату цифрового приложения с помощью кабеля заземления витой пары, причем длина кабеля должна быть как можно короче.Провод, питающий ВЧ-плату, также должен быть скручен с GND (VDD/GND).
