Kako postaviti RF vezje in digitalno vezje na PCB ploščo?

Če analogno vezje (RF) in digitalno vezje (mikrokrmilnik) delujeta dobro posamično, ko pa oba postavite na isto vezje in za skupno delovanje uporabljate isti napajalnik, bo celoten sistem verjetno nestabilen. To je predvsem zato, ker digitalni signal pogosto niha med maso in pozitivnim napajalnikom (velikost 3 V), obdobje pa je posebej kratko, pogosto na ravni ns. Zaradi velike amplitude in majhnega preklopnega časa ti digitalni signali vsebujejo veliko število visokofrekvenčnih komponent, ki so neodvisne od preklopne frekvence. V analognem delu je signal od antenske nastavitvene zanke do sprejemnega dela brezžične naprave na splošno manjši od 1 μV.

Neustrezna izolacija občutljivih linij in šumnih signalnih linij je pogost problem. Kot že omenjeno, imajo digitalni signali visoko nihanje in vsebujejo veliko število visokofrekvenčnih harmonikov. Če je napeljava digitalnega signala na tiskanem vezju v bližini občutljivih analognih signalov, lahko pridejo visokofrekvenčni harmoniki. Občutljiva vozlišča RF naprav so običajno vezje filtra zanke fazno zaklenjene zanke (PLL), tuljava zunanjega napetostno krmiljenega oscilatorja (VCO), kristalni referenčni signal in priključek antene, in te dele vezja je treba obravnavati s posebno skrbjo.

Ker ima vhodno/izhodni signal nihanje več V, so digitalna vezja na splošno sprejemljiva za hrup napajanja (manj kot 50 mV). Analogna vezja so občutljiva na hrup napajalnika, zlasti na napetosti brušenja in druge visokofrekvenčne harmonike. Zato mora biti napeljava napajalnega voda na plošči tiskanega vezja, ki vsebuje RF (ali druga analogna) vezja, previdnejša kot napeljava na navadnem digitalnem vezju, izogibati pa se je treba samodejnemu usmerjanju. Upoštevati je treba tudi, da bo mikrokrmilnik (ali drugo digitalno vezje) nenadoma posrkalo večino toka za kratek čas med vsakim notranjim taktom zaradi zasnove procesa CMOS sodobnih mikrokrmilnikov.

RF vezje mora vedno imeti ozemljitveno plast, povezano z negativno elektrodo napajalnika, kar lahko povzroči čudne pojave, če z njimi ne ravnate pravilno. Oblikovalcem digitalnih vezij je to morda težko razumeti, saj večina digitalnih vezij dobro deluje tudi brez ozemljitvene plasti. V RF pasu tudi kratka žica deluje kot induktor. Približno izračunano je induktivnost na mm dolžine približno 1 nH, induktivna reaktanca 10 mm linije PCB pri 434 MHz pa približno 27 Ω. Če se sloj ozemljitvenega voda ne uporabi, bo večina ozemljitvenih vodov daljša in vezje ne bo zagotovilo konstrukcijskih značilnosti.

To je pogosto spregledano v vezjih, ki vsebujejo radijsko frekvenco in druge dele. Poleg RF dela so na plošči običajno še druga analogna vezja. Številni mikrokontrolerji imajo na primer vgrajene analogno-digitalne pretvornike (ADC) za merjenje analognih vhodov ter napetosti baterije ali drugih parametrov. Če je antena RF oddajnika nameščena blizu (ali na) tem tiskanem vezju, lahko oddani visokofrekvenčni signal doseže analogni vhod ADC. Ne pozabite, da lahko vsaka linija vezja pošilja ali sprejema RF signale kot antena. Če vhod ADC ni pravilno obdelan, se lahko RF signal samovzbuja v vhodu ESD diode v ADC, kar povzroči odstopanje ADC.

图片 1

Vse povezave z ozemljitveno plastjo morajo biti čim krajše, ozemljitvena skoznja luknja pa mora biti nameščena (ali zelo blizu) blazinice komponente. Nikoli ne dovolite, da si dva ozemljitvena signala delita ozemljitveno skoznjo luknjo, kar lahko povzroči preslušavanje med dvema ploščicama zaradi priključne impedance skoznje luknje. Ločevalni kondenzator je treba namestiti čim bližje nožici, kondenzatorsko ločitev pa je treba uporabiti na vsaki nožici, ki jo je treba ločiti. Z uporabo visokokakovostnih keramičnih kondenzatorjev, dielektrični tip je "NPO", tudi "X7R" dobro deluje v večini aplikacij. Idealna vrednost izbrane kapacitivnosti mora biti taka, da je njena zaporedna resonanca enaka frekvenci signala.

Na primer, pri 434 MHz bo kondenzator 100 pF, nameščen na SMD, dobro deloval, pri tej frekvenci je kapacitivna reaktanca kondenzatorja približno 4 Ω, induktivna reaktanca luknje pa je v istem območju. Kondenzator in luknja v seriji tvorita zarezni filter za frekvenco signala, kar omogoča njegovo učinkovito ločitev. Pri 868 MHz so kondenzatorji 33 p F idealna izbira. Poleg RF ločenega kondenzatorja majhne vrednosti je treba na napajalni vod namestiti tudi kondenzator velike vrednosti za ločitev nizke frekvence, lahko izberete keramični kondenzator 2,2 μF ali 10 μF tantalov kondenzator.

Zvezdasto ožičenje je dobro znana tehnika pri načrtovanju analognih vezij. Zvezdasto ožičenje - Vsak modul na plošči ima svoj napajalni vod iz skupne napajalne točke. V tem primeru zvezdasto ožičenje pomeni, da bi morali imeti digitalni in RF deli vezja lastne napajalne vode, te napajalne vode pa je treba ločiti ločeno v bližini IC. To je ločitev od številk

Učinkovita metoda za delni in napajalni šum iz RF dela. Če so moduli z močnim šumom nameščeni na isto ploščo, se lahko induktor (magnetna kroglica) ali majhen uporni upor (10 Ω) zaporedno poveže med električnim vodom in modulom ter tantalov kondenzator z najmanj 10 μF je treba uporabiti kot ločitev napajanja teh modulov. Takšni moduli so gonilniki RS 232 ali stikalni regulatorji napajanja.

Za zmanjšanje motenj zaradi modula šuma in okoliškega analognega dela je pomembna postavitev vsakega modula vezja na plošči. Občutljivi moduli (RF deli in antene) morajo biti vedno stran od hrupnih modulov (mikrokontrolerjev in gonilnikov RS 232), da se izognete motnjam. Kot je omenjeno zgoraj, lahko RF signali ob pošiljanju povzročijo motnje drugim občutljivim modulom analognih vezij, kot so ADC. Večina težav se pojavi v nižjih delovnih pasovih (kot je 27 MHz) in pri visokih ravneh izhodne moči. Dobra praksa načrtovanja je, da občutljive točke ločite z RF ločilnim kondenzatorjem (100p F), ki je povezan z zemljo.

Če uporabljate kable za povezavo plošče RF z zunanjim digitalnim vezjem, uporabite kable s prepletenimi paricami. Vsak signalni kabel mora biti podvojen s kablom GND (DIN/ GND, DOUT/ GND, CS/ GND, PWR _ UP/ GND). Ne pozabite povezati RF vezja in vezja digitalne aplikacije s kablom GND dvožilnega kabla, dolžina kabla pa mora biti čim krajša. Ožičenje, ki napaja RF ploščo, mora biti tudi zvito z GND (VDD/ GND).

图片 2