Scheda PCB RF il layout per ridurre i segnali spuri richiede la creatività dell'ingegnere RF.Tenere a mente queste otto regole non solo aiuterà a velocizzare il time-to-market, ma aumenterà anche la prevedibilità del tuo programma di lavoro.


Regola 1: le vie di terra devono essere posizionate sull'interruttore del piano di riferimento di terra
Tutte le correnti che scorrono attraverso la linea instradata hanno uguale rendimento.Esistono molte strategie di accoppiamento, ma il flusso di ritorno di solito scorre attraverso piani di massa adiacenti o terreni posti in parallelo con linee di segnale.Man mano che il livello di riferimento continua, tutto l'accoppiamento è limitato alla linea di trasmissione e tutto funziona perfettamente.Tuttavia, se l'instradamento del segnale viene commutato dal livello superiore a quello interno o inferiore, anche il flusso di ritorno deve ottenere un percorso.


La figura 1 è un esempio.Immediatamente sotto la corrente della linea di segnale di livello superiore si trova il flusso di ritorno.Quando si trasferisce allo strato inferiore, il reflow passa attraverso le vie vicine.Tuttavia, se non ci sono via per il riflusso nelle vicinanze, il riflusso passa attraverso il più vicino via di terra disponibile.Distanze maggiori creano anelli di corrente, formando induttori.Se questo offset indesiderato del percorso di corrente attraversa un'altra linea, l'interferenza sarà più grave.Questo anello di corrente equivale in realtà a formare un'antenna!

Otto regole per aiutarti a ridurre i parassiti del circuito PCB RF

Figura 1: La corrente del segnale scorre dai pin del dispositivo attraverso i vias agli strati inferiori.Il reflow è sotto il segnale prima di essere forzato al via più vicino per passare a un livello di riferimento diverso

Il riferimento al suolo è la strategia migliore, ma a volte le linee ad alta velocità possono essere posizionate su strati interni.Posizionare piani di riferimento a terra sopra e sotto è molto difficile e i produttori di semiconduttori possono essere vincolati da pin e posizionare linee elettriche accanto a linee ad alta velocità.Se la corrente di riferimento deve essere commutata tra strati o reti che non sono accoppiati CC, i condensatori di disaccoppiamento devono essere posizionati vicino al punto di commutazione.



Regola 2: collegare il pad del dispositivo al terreno dello strato superiore
Molti dispositivi utilizzano una piazzola di messa a terra termica nella parte inferiore della confezione del dispositivo.Sui dispositivi RF, si tratta in genere di masse elettriche e i punti pad adiacenti hanno una serie di vie di messa a terra.Il pad del dispositivo può essere collegato direttamente al pin di terra e collegato a qualsiasi getto di rame attraverso la terra dello strato superiore.Se sono presenti più percorsi, il flusso di ritorno viene suddiviso proporzionalmente all'impedenza del percorso.La connessione di terra attraverso il pad ha un percorso di impedenza più breve e inferiore rispetto al pin di terra.


Un buon collegamento elettrico tra la scheda e i pad del dispositivo è fondamentale.Durante l'assemblaggio, i via non riempiti in un circuito stampato tramite array possono anche estrarre la pasta per saldatura dal dispositivo, lasciando dei vuoti.Riempire i fori è un buon modo per mantenere la saldatura in posizione.Durante la valutazione, aprire anche il livello della maschera di saldatura per verificare che non vi sia alcuna maschera di saldatura sulla base della scheda sotto il dispositivo, poiché la maschera di saldatura potrebbe sollevare il dispositivo o provocarne l'oscillazione.

Regola 3: nessun divario tra i livelli di riferimento

Ci sono vie su tutto il perimetro del dispositivo.Le reti di alimentazione vengono scomposte per il disaccoppiamento locale e quindi fino al piano di alimentazione, spesso fornendo più vie per ridurre al minimo l'induttanza e migliorare la capacità di trasporto di corrente, mentre il bus di controllo può scendere fino al piano interno.Tutta questa decomposizione finisce per essere completamente bloccata vicino al dispositivo.


Ognuna di queste vie crea una zona di esclusione sul piano di massa interno che è più grande del diametro della via stessa, fornendo spazio di produzione.Queste zone di esclusione possono facilmente causare interruzioni nel percorso di ritorno.A complicare ulteriormente la situazione è il fatto che alcune vie sono vicine l'una all'altra e formano trincee nel piano terra che sono invisibili alla vista CAD di primo livello.Figura 2. I vuoti del piano di massa per due vie del piano di alimentazione possono creare aree di isolamento sovrapposte e creare interruzioni sul percorso di ritorno.Il riflusso può essere deviato solo per aggirare l'area proibita del piano di massa, causando il problema comune del percorso di induzione delle emissioni.

Otto regole per aiutarti a ridurre i parassiti del circuito PCB RF

Figura 2: le aree di protezione dei piani di massa intorno alle vie possono sovrapporsi, allontanando il flusso di ritorno dal percorso del segnale.Anche se non c'è sovrapposizione, la zona vietata crea una discontinuità di impedenza da morso di ratto nel piano terra

Anche le vie di terra "amiche" portano i pad metallici associati alle dimensioni minime richieste dal produzione di circuiti stampati processi.Le vie molto vicine alle tracce del segnale possono subire l'erosione come se il vuoto del terreno di livello superiore fosse stato morso da un topo.La Figura 2 è un diagramma schematico di un morso di ratto.


Poiché la zona di esclusione viene generata automaticamente dal software CAD e i via vengono spesso utilizzati sulla scheda di sistema, durante il processo di layout iniziale si verificheranno quasi sempre alcune interruzioni del percorso di ritorno.Traccia ogni linea ad alta velocità durante la valutazione del layout e controlla i layer di ridisposizione associati per evitare interruzioni.È una buona idea posizionare tutti i via che possono creare interferenze sul piano di massa in qualsiasi area più vicina al vuoto di terra di livello superiore.

Regola 4: mantenere le linee differenziali differenziali
Il percorso di ritorno è fondamentale per segnalare le prestazioni della linea e dovrebbe essere considerato parte del percorso del segnale.Allo stesso tempo, le coppie differenziali di solito non sono strettamente accoppiate e il flusso di ritorno può fluire attraverso strati adiacenti.Entrambi i ritorni devono essere instradati attraverso percorsi elettrici uguali.


I vincoli di progettazione di prossimità e condivisione mantengono il flusso di ritorno sullo stesso livello anche quando le due linee della coppia differenziale non sono strettamente accoppiate.Per mantenere davvero bassi i segnali spuri, è necessaria una migliore corrispondenza.Eventuali strutture pianificate come ritagli per piani di massa sotto componenti differenziali dovrebbero essere simmetriche.Allo stesso modo, le lunghezze corrispondenti possono creare problemi con scarabocchi nelle tracce del segnale.Il reflow non causa problemi di ondulazione.La corrispondenza della lunghezza di una linea differenziale dovrebbe riflettersi nelle altre linee differenziali.

Regola 5: nessuna linea di clock o di controllo vicino alle linee del segnale RF
Le linee di clock e di controllo a volte possono essere viste come vicine insignificanti perché operano a basse velocità, anche vicine alla corrente continua.Tuttavia, le sue caratteristiche di commutazione sono quasi un'onda quadra, producendo toni unici a frequenze armoniche dispari.La frequenza fondamentale dell'energia di emissione dell'onda quadra non ha importanza, ma i suoi spigoli vivi sì.Nella progettazione di un sistema digitale, la frequenza d'angolo può stimare l'armonica di frequenza più alta che deve essere considerata.Il metodo di calcolo è: Fknee=0.5/Tr, dove Tr è il tempo di salita.Si noti che è il tempo di salita, non la frequenza del segnale.Tuttavia, le onde quadre a spigolo vivo hanno anche forti armoniche dispari di ordine superiore che possono cadere solo alla frequenza sbagliata e accoppiarsi sulla linea RF, violando i severi requisiti della maschera di trasmissione.


Le linee di clock e di controllo devono essere isolate dalle linee del segnale RF mediante un piano di massa interno o un getto di terra di livello superiore.Se non è possibile utilizzare l'isolamento dal suolo, le tracce devono essere posate in modo che si incrocino ad angolo retto.Poiché le linee di flusso magnetico emesse dalle linee di clock o di controllo formeranno contorni di colonne radianti attorno alle correnti delle linee interferenti, esse non genereranno correnti nelle linee del ricevitore.Rallentare il tempo di salita non solo riduce la frequenza d'angolo, ma aiuta anche a ridurre l'interferenza delle interferenze, ma anche le linee di clock o di controllo possono fungere da linee di ricezione.La linea del ricevitore funge ancora da condotto per segnali spuri nel dispositivo.

Regola 6: utilizzare il terreno per isolare le linee ad alta velocità
Le microstrisce e le stripline sono per lo più accoppiate a piani di massa adiacenti.Alcune linee di flusso emanano ancora orizzontalmente e terminano le tracce adiacenti.Un tono su una linea ad alta velocità o coppia differenziale termina sulla traccia successiva, ma la perfusione del terreno sullo strato di segnale crea un punto terminale di impedenza inferiore per la linea di flusso, liberando le tracce adiacenti dai toni.

Gruppi di tracce instradate da un dispositivo di distribuzione di clock o sintetizzatore per portare la stessa frequenza possono correre l'uno accanto all'altro perché il tono di interferenza è già presente sulla linea del ricevitore.Tuttavia, le linee raggruppate alla fine si allargheranno.Quando si disperde, dovrebbe essere previsto un allagamento del terreno tra le linee di dispersione e le vie dove inizia a disperdersi in modo che il ritorno indotto rifluisca lungo il percorso di ritorno nominale.Nella Figura 3, i vias alle estremità delle isole di terra consentono alla corrente indotta di fluire sul piano di riferimento.La distanza tra le altre vie sulla perfusione del terreno non deve superare un decimo di lunghezza d'onda per garantire che il terreno non diventi una struttura risonante.

Otto regole per aiutarti a ridurre la RF Parassiti del circuito PCB

Figura 3: Le vie del terreno di livello superiore in cui le tracce differenziali sono sparse forniscono percorsi di flusso per il flusso di ritorno

Regola 7: non instradare le linee RF su aerei rumorosi
Il tono entra nel piano del potere e si diffonde ovunque.Se i toni spuri entrano negli alimentatori, nei buffer, nei mixer, negli attenuatori e negli oscillatori, possono modulare la frequenza di interferenza.Allo stesso modo, quando l'alimentazione raggiunge la scheda, non è stata ancora completamente svuotata per pilotare i circuiti RF.L'esposizione delle linee RF ai piani di potenza, in particolare ai piani di potenza non filtrati, dovrebbe essere ridotta al minimo.


I grandi piani di potenza adiacenti alla terra creano condensatori incorporati di alta qualità che attenuano i segnali parassiti e vengono utilizzati nei sistemi di comunicazione digitale e in alcuni sistemi RF.Un altro approccio consiste nell'utilizzare piani di potenza ridotti al minimo, a volte più simili a tracce di grasso che a strati, in modo che sia più facile per le linee RF evitare completamente i piani di potenza.Entrambi gli approcci sono possibili, ma le peggiori caratteristiche dei due non devono essere combinate, ovvero utilizzare un piccolo piano di potenza e instradare le linee RF sopra.

Regola 8: mantenere il disaccoppiamento vicino al dispositivo
Il disaccoppiamento non solo aiuta a mantenere il rumore spurio fuori dal dispositivo, ma aiuta anche a eliminare i toni generati all'interno del dispositivo dall'accoppiamento sui piani di potenza.Più i condensatori di disaccoppiamento sono vicini al circuito di lavoro, maggiore è l'efficienza.Il disaccoppiamento locale è meno disturbato dalle impedenze parassite delle tracce del circuito stampato e le tracce più corte supportano antenne più piccole, riducendo le emissioni tonali indesiderate.Il posizionamento del condensatore combina la più alta frequenza di autorisonanza, solitamente il valore più piccolo, la dimensione del case più piccola, più vicina al dispositivo, e più grande è il condensatore, più lontano dal dispositivo.Alle frequenze RF, i condensatori sul retro della scheda creano induttanze parassite del percorso stringa-terra, perdendo gran parte del vantaggio di attenuazione del rumore.

Riassumere
Valutando il layout della scheda, possiamo scoprire strutture che possono trasmettere o ricevere toni RF spuri.Traccia ogni linea, identifica consapevolmente il suo percorso di ritorno, assicurati che possa correre parallela alla linea e soprattutto controlla accuratamente le transizioni.Inoltre, isolare potenziali fonti di interferenza dal ricevitore.Seguire alcune regole semplici e intuitive per ridurre i segnali spuri può velocizzare il rilascio del prodotto e ridurre i costi di debug.