Retrocessos e soluções no projeto de PCB de RF

Muitas incertezas estão disponíveis no design de RF (radiofrequência) PCB (placa de circuito impresso) que é, portanto, descrito como "arte negra". De um modo geral, quando se trata de circuitos em frequência abaixo de micro-ondas (incluindo circuito digital de baixa frequência e baixa frequência), o layout cuidadoso é a garantia de sucesso inicial no projeto de circuitos com todos os princípios de projeto dominados. Quando se trata de frequência acima de micro-ondas e circuitos digitais de alta frequência no nível de PC, no entanto, duas a três versões de PCB são capazes de garantir a qualidade do circuito. No que diz respeito aos circuitos de RF em uma frequência acima de micro-ondas, no entanto, são necessárias mais versões do projeto de PCB para melhoria constante. Portanto, muitas dificuldades certamente serão encontradas durante o projeto do circuito de RF.

Os problemas mais comuns no projeto de circuitos de RF

• Interferência entre o Módulo de Circuito Digital e o Módulo de Circuito Analógico


Quando o circuito analógico (circuito RF) e o circuito digital funcionam de forma independente, é mais possível que eles funcionem perfeitamente. Mas assim que eles são misturados na mesma placa de circuito com a mesma fonte de alimentação dependente, todo o sistema possivelmente se tornará instável porque os sinais digitais frequentemente oscilam entre a fonte de alimentação terra e positiva (> 3V) e o período será muito curto em uma escala de nanossegundos. Devido à maior amplitude e menor tempo de comutação, todos os sinais digitais conterão elementos de alta frequência que são independentes da frequência de comutação. Em seções analógicas, a tensão é geralmente inferior a 1μV do loop de sintonia de rádio para o receptor do equipamento de rádio. Portanto, a diferença entre o loop de sintonia de rádio e os sinais de RF pode chegar a 120dB. Evidentemente, se os sinais digitais e os sinais de RF não forem perfeitamente separados, os sinais de RF fracos possivelmente sofrerão danos. Como resultado, a funcionalidade do equipamento de rádio se deteriorará ou nem poderá funcionar.


• Interferência de ruído da fonte de alimentação


O circuito de RF é bastante sensível ao ruído, o que é especialmente verdadeiro para tensão de falha e outras ondas harmônicas de alta frequência. O microcontrolador de repente absorverá a maior parte da corrente dentro de cada período de clock interno, porque todos os microcontroladores modernos são fabricados com a aplicação da técnica CMOS. Portanto, suponha que um microcontrolador funcione com uma frequência de clock interna de 1 MHz e então extrairá corrente da fonte de alimentação nessa frequência. Se o desacoplamento de energia adequado não for aplicado, a falha de tensão será provocada nas linhas de energia. Quando falhas de tensão chegam aos pinos de alimentação do circuito de RF, a falha possivelmente será causada se for grave.


• GND irracional


Se o GND for ajustado de forma não razoável para o circuito de RF, alguns resultados estranhos podem ser gerados. Quando se trata de projeto de circuito digital, mesmo que o GND não esteja disponível, a maioria das funções de circuito digital pode ser implementada de forma excelente. No que diz respeito à RF, no entanto, mesmo uma linha de terra curta desempenhará um papel equivalente como indutor. Sabe-se que a indutância com 1nH é compatível com um comprimento de 1mm, com base no qual pode-se calcular aproximadamente que a reatância indutiva de uma PCB com comprimento de 10mm deve ser de aproximadamente 27Ω. Se o GND não for aplicado, a maioria das linhas de aterramento será tão longa que o circuito não apresentará características baseadas no projeto.


• Interferência irradiada por antena em outros circuitos analógicos


No projeto de layout de PCB, outros circuitos analógicos também estão disponíveis na placa. Por exemplo, muitos circuitos contêm conversor analógico-digital (ADC) ou conversor analógico-digital (DAC). Os sinais de alta frequência transmitidos pelo transmissor de RF talvez cheguem ao terminal de entrada analógica do ADC porque qualquer linha de circuito transmitirá ou receberá sinais de RF como a antena faz. Se o terminal de entrada do ADC for processado de forma inadequada, os sinais de RF possivelmente se tornarão auto-excitados dentro do diodo ESD da entrada do ADC, o que então desperta o desvio do ADC.

Princípios e esquema de projeto de circuito de RF

• Definição de Layout de RF


Como o layout de RF é projetado, os seguintes princípios gerais devem ser conformados primeiro:
① Amplificadores de alta potência (HPAs) e amplificadores de baixo ruído (LNAs) devem ser separados o máximo possível. Resumidamente falando, os circuitos de transmissão de RF de alta frequência são colocados longe dos circuitos de recepção de RF de baixa frequência.
② Pelo menos um aterramento completo deve estar disponível na área de alta frequência na placa PCB e é melhor que não haja furos passantes coloque nisso. Quanto maior a área da folha de cobre, melhor.
③ É equivalentemente significativo para circuitos e energia passarem por desacoplamento.
④ A saída de RF deve estar longe da entrada de RF.
⑤ Sinais analógicos sensíveis deve estar o mais distante possível dos sinais digitais de alta velocidade e dos sinais de RF.


• Princípios de Projeto de Particionamento Físico e Particionamento Elétrico


O particionamento pode ser classificado em particionamento físico e particionamento elétrico. O primeiro está preocupado principalmente com o layout dos componentes, orientações e blindagem, enquanto o último pode ser classificado em distribuição de energia, roteamento de RF, circuito sensível, sinais e particionamento de terra.


uma. Princípio de Particionamento Físico


Princípio de layout de componentes. O layout do componente desempenha um papel essencial na contribuição para um projeto de RF bem executado. A tecnologia mais eficaz é primeiro consertar os componentes que são colocados ao longo do caminho de RF e ter suas orientações modificadas para que o caminho de RF possa ser minimizado com entrada distante da saída e circuitos de alta potência e circuitos de baixa potência separados o máximo possível.


Princípio de design de laminação de PCB. O método de laminação de circuito mais eficiente é organizar o plano de terra principal na segunda camada abaixo do primeiro plano e organizar os traços de RF no primeiro plano. O tamanho dos orifícios passantes no caminho de RF deve ser reduzido ao mínimo, o que pode reduzir a indutância do caminho e diminuir o número de juntas de solda fria no solo principal. Além disso, menos energia de RF será vazada para outras áreas dentro da laminação.


Componentes de RF e princípio de rastreamento de RF. Dentro do espaço físico, circuitos lineares como amplificadores de vários estágios são capazes de separar todas as áreas de RF, mas o duplexador, o mixer e o amplificador/mixer de frequência média geralmente levam a interferência mútua entre vários sinais de RF/IF. Portanto, esse tipo de influência deve ser cuidadosamente minimizado. Traços de RF/IF devem ser cruzados e um aterramento deve ser deixado entre eles. O caminho de RF correto é muito importante para o desempenho do PCB, e é por isso que o layout dos componentes é responsável pela maior parte do tempo no design do PCB do telefone celular.


b. Princípio de Particionamento Elétrico


Princípio de transmissão de energia. A CC na maioria dos circuitos de telefones celulares é geralmente bastante baixa, portanto, a largura do traço não precisa ser cuidadosamente considerada. No entanto, um traço com grande corrente cuja largura seja a maior possível deve ser projetado independentemente para a alimentação de amplificadores de alta potência, de modo a reduzir ao mínimo a tensão transmitida. Para evitar muita perda de corrente, vários orifícios de passagem devem ser aplicados para transmitir corrente de um plano para outro.


Desacoplamento de potência de dispositivos de alta potência. Se o acoplamento completo não for alcançado nos pinos de alimentação do amplificador de alta potência, o ruído de alta potência será irradiado para toda a placa com muitos problemas gerados. O aterramento do amplificador de alta potência é muito essencial e geralmente é necessária uma tampa de blindagem de metal para seu projeto.


Princípio de segregação de entrada/saída de RF. Para a maioria das situações, é igualmente essencial garantir que a saída de RF esteja longe da entrada de RF, o que também funciona para amplificador, bumper e filtro. Nas piores situações, se a entrada do amplificador e do pára-choques retornar ao seu terminal de entrada em uma fase e amplitude agradáveis, a vibração auto-excitada pode ser causada. Nas melhores situações, eles poderão trabalhar de forma estável em qualquer temperatura e tensão. Na verdade, eles podem se tornar instáveis ​​e adicionar ruído e sinais de intermodulação aos sinais de RF.

Em suma, o circuito de RF apresenta efeito de pele e efeito de acoplamento devido ao seu circuito de parâmetro distribuído, o que o torna diferente do circuito de baixa frequência e DC. Como resultado, as questões discutidas acima devem ser especialmente enfatizadas durante o projeto do circuito de RF PCB para que o projeto do circuito possa ser eficaz e preciso.


Recursos Úteis
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