Ako umiestniť RF obvod aj digitálny obvod na dosku PCB?

Ak analógový obvod (RF) a digitálny obvod (mikrokontrolér) fungujú dobre jednotlivo, ale akonáhle ich umiestnite na rovnakú dosku s plošnými spojmi a použijete rovnaký zdroj napájania na spoluprácu, celý systém bude pravdepodobne nestabilný.Je to hlavne preto, že digitálny signál často kolíše medzi zemou a kladným zdrojom napájania (veľkosť 3 V) a perióda je obzvlášť krátka, často na úrovni ns.Vzhľadom na veľkú amplitúdu a malú spínaciu dobu obsahujú tieto digitálne signály veľké množstvo vysokofrekvenčných komponentov, ktoré sú nezávislé od spínacej frekvencie.V analógovej časti je signál z anténnej ladiacej slučky do prijímacej časti bezdrôtového zariadenia vo všeobecnosti menší ako 1 μV.

Častým problémom je nedostatočná izolácia citlivých vedení a zašumených signálnych vedení.Ako bolo uvedené vyššie, digitálne signály majú vysoký výkyv a obsahujú veľké množstvo vysokofrekvenčných harmonických.Ak je zapojenie digitálneho signálu na doske plošných spojov v blízkosti citlivých analógových signálov, môžu sa preniesť vysokofrekvenčné harmonické.Citlivými uzlami RF zariadení sú zvyčajne obvod slučkového filtra slučky fázového závesu (PLL), induktor externého napätím riadeného oscilátora (VCO), kryštálový referenčný signál a terminál antény a tieto časti obvodu by sa mali liečiť so zvláštnou starostlivosťou.

Pretože vstupný/výstupný signál má kolísanie niekoľkých V, digitálne obvody sú všeobecne prijateľné pre šum napájacieho zdroja (menej ako 50 mV).Analógové obvody sú citlivé na šum napájacieho zdroja, najmä na napätia a iné vysokofrekvenčné harmonické.Preto musí byť vedenie elektrického vedenia na doske PCB obsahujúcej RF (alebo iné analógové) obvody opatrnejšie ako vedenie na bežnej doske digitálnych obvodov a malo by sa zabrániť automatickému smerovaniu.Treba tiež poznamenať, že mikrokontrolér (alebo iný digitálny obvod) náhle nasaje väčšinu prúdu na krátku dobu počas každého cyklu vnútorných hodín, kvôli CMOS procesnému dizajnu moderných mikrokontrolérov.

RF obvodová doska by mala mať vždy vrstvu uzemnenia pripojenú k zápornej elektróde napájacieho zdroja, čo môže pri nesprávnom zaobchádzaní spôsobiť zvláštne javy.To môže byť pre dizajnéra digitálnych obvodov ťažké pochopiť, pretože väčšina digitálnych obvodov funguje dobre aj bez uzemňovacej vrstvy.V pásme RF pôsobí aj krátky vodič ako induktor.Zhruba vypočítaná indukčnosť na mm dĺžky je asi 1 nH a indukčná reaktancia 10 mm linky PCB pri 434 MHz je asi 27 Ω.Ak sa vrstva uzemňovacieho vedenia nepoužije, väčšina uzemňovacích vedení bude dlhšia a obvod nezaručí konštrukčné charakteristiky.

Toto sa často prehliada v obvodoch, ktoré obsahujú rádiovú frekvenciu a iné časti.Okrem RF časti sú na doske zvyčajne ďalšie analógové obvody.Napríklad veľa mikrokontrolérov má vstavané analógovo-digitálne prevodníky (ADC) na meranie analógových vstupov, ako aj napätia batérie alebo iných parametrov.Ak je anténa RF vysielača umiestnená blízko (alebo na) tejto PCB, vysielaný vysokofrekvenčný signál môže dosiahnuť analógový vstup ADC.Nezabudnite, že každá obvodová linka môže vysielať alebo prijímať RF signály ako anténa.Ak nie je vstup ADC správne spracovaný, RF signál sa môže samovzbudiť na vstupe diódy ESD do ADC, čo spôsobí odchýlku ADC.

图片 1

Všetky spojenia so zemnou vrstvou musia byť čo najkratšie a zemný priechodný otvor by mal byť umiestnený (alebo veľmi blízko) podložky komponentu.Nikdy nedovoľte, aby dva uzemňovacie signály zdieľali zemný priechodný otvor, čo môže spôsobiť presluchy medzi dvoma padmi v dôsledku impedancie pripojenia cez priechodný otvor.Oddeľovací kondenzátor by mal byť umiestnený čo najbližšie ku kolíku a odpojenie kondenzátora by sa malo použiť na každom kolíku, ktorý je potrebné odpojiť.Pri použití vysokokvalitných keramických kondenzátorov je dielektrický typ "NPO", "X7R" tiež funguje dobre vo väčšine aplikácií.Ideálna hodnota zvolenej kapacity by mala byť taká, aby sa jej sériová rezonancia rovnala frekvencii signálu.

Napríklad pri 434 MHz bude dobre fungovať kondenzátor 100 pF namontovaný na SMD, pri tejto frekvencii je kapacitná reaktancia kondenzátora asi 4 Ω a indukčná reaktancia otvoru je v rovnakom rozsahu.Kondenzátor a diera v sérii tvoria zárezový filter pre frekvenciu signálu, čo umožňuje jeho efektívne oddelenie.Pri 868 MHz sú ideálnou voľbou kondenzátory 33 pF.Okrem vysokofrekvenčného oddeleného kondenzátora s malou hodnotou by sa na elektrické vedenie mal umiestniť aj kondenzátor s veľkou hodnotou, aby sa oddelila nízka frekvencia, môže si vybrať 2,2 μF keramický alebo 10 μF tantalový kondenzátor.

Hviezdicové zapojenie je dobre známa technika v dizajne analógových obvodov.Hviezdicové zapojenie - Každý modul na doske má svoje vlastné napájacie vedenie zo spoločného napájacieho bodu.V tomto prípade hviezdicové zapojenie znamená, že digitálne a RF časti obvodu by mali mať svoje vlastné elektrické vedenia a tieto elektrické vedenia by mali byť oddelené oddelene v blízkosti IC.Toto je oddelenie od čísel

Efektívna metóda pre čiastočný a napájací šum z RF časti.Ak sú moduly so silným šumom umiestnené na tej istej doske, induktor (magnetická guľôčka) alebo malý odporový odpor (10 Ω) môžu byť zapojené do série medzi napájacie vedenie a modul a tantalový kondenzátor najmenej 10 μF musí byť použitý ako oddelenie napájania týchto modulov.Takýmito modulmi sú budiče RS 232 alebo spínané regulátory napájania.

Aby sa znížilo rušenie zo šumového modulu a okolitej analógovej časti, je dôležité rozloženie každého modulu obvodu na doske.Citlivé moduly (RF časti a antény) by sa mali vždy držať mimo rušivých modulov (mikroovládače a ovládače RS 232), aby sa predišlo rušeniu.Ako je uvedené vyššie, RF signály môžu pri odosielaní spôsobiť rušenie iných citlivých modulov analógových obvodov, ako sú ADC.Väčšina problémov sa vyskytuje v nižších prevádzkových pásmach (napríklad 27 MHz), ako aj pri vysokých úrovniach výstupného výkonu.Je dobrou konštrukčnou praxou oddeliť citlivé body pomocou RF oddeľovacieho kondenzátora (100p F) pripojeného k zemi.

Ak na pripojenie RF dosky k externému digitálnemu obvodu používate káble, použite krútenú dvojlinku.Každý signálový kábel musí byť spojený s káblom GND (DIN/GND, DOUT/GND, CS/GND, PWR _ UP/GND).Nezabudnite prepojiť RF obvodovú dosku a digitálnu aplikačnú obvodovú dosku s GND káblom krútenej dvojlinky a dĺžka kábla by mala byť čo najkratšia.Vodiče, ktoré napájajú RF dosku, musia byť tiež skrútené s GND (VDD/GND).

图片 2