Paano ilagay ang parehong RF circuit at digital circuit sa PCB board?

Kung ang analog circuit (RF) at ang digital circuit (microcontroller) ay gumagana nang paisa-isa, ngunit sa sandaling ilagay mo ang dalawa sa parehong circuit board at gumamit ng parehong power supply upang gumana nang magkasama, ang buong sistema ay malamang na hindi matatag. Ito ay higit sa lahat dahil ang digital signal ay madalas na umiindayog sa pagitan ng lupa at ng positibong power supply (laki ng 3 V), at ang panahon ay partikular na maikli, kadalasang antas ng ns. Dahil sa malaking amplitude at maliit na oras ng paglipat, ang mga digital na signal na ito ay naglalaman ng malaking bilang ng mga high-frequency na bahagi na independiyente sa dalas ng paglipat. Sa analog na bahagi, ang signal mula sa antenna tuning loop hanggang sa tumatanggap na bahagi ng wireless device ay karaniwang mas mababa sa 1μV.

Ang hindi sapat na paghihiwalay ng mga sensitibong linya at maingay na linya ng signal ay isang madalas na problema. Tulad ng nabanggit sa itaas, ang mga digital na signal ay may mataas na swing at naglalaman ng isang malaking bilang ng mga high-frequency na harmonic. Kung ang mga digital signal wiring sa PCB ay katabi ng mga sensitibong analog signal, ang mga high-frequency na harmonic ay maaaring pagsamahin ang nakaraan. Ang mga sensitibong node ng mga RF device ay karaniwang ang loop filter circuit ng phase-locked loop (PLL), ang external voltage controlled oscillator (VCO) inductor, ang crystal reference signal at ang antenna terminal, at ang mga bahaging ito ng circuit ay dapat tratuhin. na may espesyal na pangangalaga.

Dahil ang input/output signal ay may swing ng ilang V, ang mga digital circuit ay karaniwang tinatanggap para sa ingay ng power supply (mas mababa sa 50 mV). Ang mga analog circuit ay sensitibo sa ingay ng power supply, lalo na sa mga burr voltage at iba pang high frequency harmonic. Samakatuwid, ang pagruruta ng linya ng kuryente sa PCB board na naglalaman ng RF (o iba pang analog) na mga circuit ay dapat na mas maingat kaysa sa mga kable sa ordinaryong digital circuit board, at dapat na iwasan ang awtomatikong pagruruta. Dapat ding tandaan na ang isang microcontroller (o iba pang digital circuit) ay biglang hihigop sa karamihan ng kasalukuyang sa loob ng maikling panahon sa bawat panloob na cycle ng orasan, dahil sa disenyo ng proseso ng CMOS ng mga modernong microcontroller.

Ang RF circuit board ay dapat palaging may isang ground line layer na konektado sa negatibong electrode ng power supply, na maaaring magdulot ng ilang kakaibang phenomena kung hindi mahawakan nang maayos. Maaaring mahirap itong maunawaan ng isang digital circuit designer, dahil karamihan sa mga digital circuit ay gumagana nang maayos kahit na walang grounding layer. Sa RF band, kahit isang maikling wire ay kumikilos tulad ng isang inductor. Halos kalkulado, ang inductance bawat mm haba ay tungkol sa 1 nH, at ang inductive reactance ng isang 10 mm PCB line sa 434 MHz ay ​​tungkol sa 27 Ω. Kung ang layer ng ground line ay hindi ginagamit, karamihan sa mga linya ng lupa ay magiging mas mahaba at hindi ginagarantiyahan ng circuit ang mga katangian ng disenyo.

Madalas itong napapansin sa mga circuit na naglalaman ng frequency ng radyo at iba pang bahagi. Bilang karagdagan sa bahagi ng RF, karaniwang may iba pang mga analog circuit sa board. Halimbawa, maraming microcontroller ang may built-in na analog-to-digital converter (ADCs) upang sukatin ang mga analog input pati na rin ang boltahe ng baterya o iba pang mga parameter. Kung ang RF transmitter's antenna ay matatagpuan malapit (o sa) sa PCB na ito, ang ibinubuga na high-frequency na signal ay maaaring umabot sa analog input ng ADC. Huwag kalimutan na ang anumang linya ng circuit ay maaaring magpadala o tumanggap ng mga RF signal tulad ng isang antenna. Kung ang ADC input ay hindi maayos na naproseso, ang RF signal ay maaaring mag-self excite sa ESD diode input sa ADC, na magdulot ng ADC deviation.

图片 1

Ang lahat ng mga koneksyon sa layer ng lupa ay dapat na maikli hangga't maaari, at ang ground through-hole ay dapat ilagay (o napakalapit sa) pad ng bahagi. Huwag kailanman payagan ang dalawang ground signal na magbahagi ng ground through-hole, na maaaring magdulot ng crosstalk sa pagitan ng dalawang pad dahil sa through-hole connection impedance. Ang decoupling capacitor ay dapat ilagay nang malapit sa pin hangga't maaari, at ang capacitor decoupling ay dapat gamitin sa bawat pin na kailangang i-decoupled. Gamit ang mga de-kalidad na ceramic capacitor, ang dielectric type ay "NPO", "X7R" ay gumagana rin nang maayos sa karamihan ng mga application. Ang perpektong halaga ng napiling kapasidad ay dapat na tulad na ang serye ng resonance nito ay katumbas ng dalas ng signal.

Halimbawa, sa 434 MHz, ang SMD-mounted 100 pF capacitor ay gagana nang maayos, sa dalas na ito, ang capacitive reactance ng capacitor ay halos 4 Ω, at ang inductive reactance ng butas ay nasa parehong hanay. Ang kapasitor at ang butas sa serye ay bumubuo ng isang bingaw na filter para sa dalas ng signal, na nagpapahintulot na ito ay epektibong ma-decoupled. Sa 868 MHz, ang 33 p F capacitor ay isang mainam na pagpipilian. Bilang karagdagan sa RF decoupled maliit na halaga kapasitor, ang isang malaking halaga ng kapasitor ay dapat ding ilagay sa linya ng kapangyarihan upang decouple ang mababang dalas, maaaring pumili ng isang 2.2 μF ceramic o 10μF tantalum kapasitor.

Ang mga star wiring ay isang kilalang pamamaraan sa disenyo ng analog circuit. Star wiring - Ang bawat module sa board ay may sariling linya ng kuryente mula sa karaniwang power supply power point. Sa kasong ito, ang star wiring ay nangangahulugan na ang mga digital at RF na bahagi ng circuit ay dapat magkaroon ng kanilang sariling mga linya ng kuryente, at ang mga linya ng kuryente ay dapat na ihiwalay nang hiwalay malapit sa IC. Ito ay isang paghihiwalay mula sa mga numero

Isang mabisang paraan para sa partial at power supply na ingay mula sa RF na bahagi. Kung ang mga module na may matinding ingay ay inilagay sa parehong board, ang inductor (magnetic bead) o ang maliit na resistance resistance (10 Ω) ay maaaring konektado sa serye sa pagitan ng linya ng kuryente at ng module, at ang tantalum capacitor na hindi bababa sa 10 μF dapat gamitin bilang power supply decoupling ng mga module na ito. Ang mga nasabing module ay mga driver ng RS 232 o switching power supply regulators.

Upang mabawasan ang interference mula sa noise module at sa nakapalibot na analog na bahagi, ang layout ng bawat circuit module sa board ay mahalaga. Ang mga sensitibong module (mga bahagi ng RF at antenna) ay dapat palaging itago sa maingay na mga module (microcontrollers at RS 232 driver) upang maiwasan ang interference. Tulad ng nabanggit sa itaas, ang mga signal ng RF ay maaaring magdulot ng interference sa iba pang sensitibong analog circuit module tulad ng mga ADC kapag ipinadala ang mga ito. Karamihan sa mga problema ay nangyayari sa mas mababang mga operating band (tulad ng 27 MHz) pati na rin sa mataas na antas ng output ng kuryente. Ito ay isang mahusay na kasanayan sa disenyo upang i-decouple ang mga sensitibong punto gamit ang isang RF decoupling capacitor (100p F) na konektado sa lupa.

Kung gumagamit ka ng mga cable upang ikonekta ang RF board sa isang panlabas na digital circuit, gumamit ng mga twisted-pair na cable. Ang bawat signal cable ay dapat na twinned sa GND cable (DIN/ GND, DOUT/ GND, CS/ GND, PWR _ UP/ GND). Tandaan na ikonekta ang RF circuit board at ang digital application circuit board gamit ang GND cable ng twisted-pair cable, at ang haba ng cable ay dapat na maikli hangga't maaari. Ang mga kable na nagpapagana sa RF board ay dapat ding nakapilipit-na may GND (VDD/ GND).

图片 2