Otimizando Design de PCB para Circuitos RF e EMC na Era 4G

O desenvolvimento da tecnologia de comunicação testemunhou aplicações gradualmente amplas de circuito de radiofrequência (RF) sem fio, como nos campos de telefones celulares, produtos Bluetooth e circuito RF tem sido a tecnologia central de propagação de rádio. Nos últimos anos, no entanto, a prevalência gradual do 4G e aumento óbvio em termos de ordem de magnitude de transferência de dados levam a desafios ao design de PCB de circuito RF. Afinal, o número de sinais transferidos por circuito RF escala por centenas de vezes a cada dia. Além disso, como circuito RF é aplicado principalmente em dispositivos portáteis que têm atributos de pequena escala e portabilidade, o requisito básico de todo o circuito reside em volume pequeno, roteamento uniforme e razoável e não interferência entre microcomponentes. No entanto, parece inevitável que interferência eletromagnética ocorra entre componentes dentro de telefones celulares. Não se preocupe. Algumas operações podem ser aplicadas para reduzir efetivamente a influência causada por interferência eletromagnética. Este artigo trará um design de PCB razoável para circuito RF e as características deste design incluem volume pequeno e capacidade óbvia de anti-interferência.

Seleção de Material de Substrato

Como alguns CIs (circuitos integrados) são implementados no substrato, substrato adequado deve ser escolhido para circuito RF primeiro como um template carregando componentes eletrônicos. Em termos de seleção de material de substrato, os primeiros elementos para consideração incluem constante dielétrica, perda dielétrica e coeficiente de expansão térmica, entre os quais a constante dielétrica é a mais significativa, já que afeta grandemente a impedância e velocidade de transmissão do circuito, especialmente aqueles circuitos com frequência extremamente alta que têm requisitos rigorosos para constante dielétrica. Portanto, é geralmente uma regra escolher material de substrato com constante dielétrica relativamente pequena.

Procedimento de Design de PCB

Design de Diagrama Esquemático

A primeira etapa do design de PCB é projetar diagrama esquemático, que tem que ser completado com a assistência de computadores. O design de diagrama esquemático é implementado através de software de design de PCB que contém todos os componentes analógicos eletrônicos. Primeiro, diagrama de circuito é projetado simulando o circuito real no computador. Então, o diagrama de circuito tem que ser conectado com componentes correspondentes. Em seguida, a simulação de operação é implementada baseada no diagrama esquemático para determinar a viabilidade da operação básica.

Design de PCB

Após design de diagrama esquemático, o padrão e tamanho do PCB podem ser determinados cientificamente baseados no diagrama esquemático. O padrão e tamanho do PCB podem ser otimizados de acordo com a posição, dimensão, padrão e outros parâmetros, a fim de fazer todo o sistema atingir o desempenho ótimo. Neste processo, é necessário determinar as posições de furos de localização, view eyes e furos de referência.

Localize todos os componentes requeridos. Componentes ordinários são fáceis de encontrar no armazém. Se componentes não estão disponíveis no armazém, é necessário adquirir ou fabricar componentes. A PCBCart tem um sistema profissional e estável de sourcing de componentes no qual clientes podem confiar. Então, componentes são requeridos para ser distribuídos e roteamento a ser implementado ao redor deles. A etapa final é detectar a operação do circuito para garantir que o desempenho do circuito seja capaz de atender ao requisito e a operação do circuito possa ser basicamente estável.

Layout de Componentes

Diferente de layout de componentes ordinários, todos os componentes em circuito RF são tão pequenos como resultado da pequena escala do circuito que SMT (tecnologia de montagem superficial) é aplicada para layout de componentes e forno de refluxo infravermelho para a soldagem de microcomponentes eletrônicos. Soldagem é um elo importante no design de circuito RF, cuja qualidade afeta diretamente a qualidade geral de todo o circuito. Para o PCB de circuito RF, excelente compatibilidade eletromagnética precisa ser formada entre componentes eletrônicos, que é o elemento mais digno de consideração. Radiação eletromagnética entre diferentes componentes eletrônicos influencia a operação independente de cada componente eletrônico, então é necessário primeiro escolher componentes com capacidade de anti-interferência.

Além disso, no processo da operação geral do circuito, a corrente no circuito tende a levar à geração de campo magnético. Portanto, da perspectiva de circuito RF, além da consideração da interferência entre componentes, a interferência eletromagnética do circuito a outros circuitos tem que ser levada em conta. Layout de circuito macroscópico é bastante crítico e os seguintes princípios básicos de layout de circuito podem ser considerados como referência.

Primeiro, o arranjo de componentes deve ser disposto em uma fileira. A determinação da direção do sistema de revestimento de estanho de entrada de PCB é aplicada para reduzir problemas causados por soldagem frouxa. Geralmente, o espaçamento entre componentes deve ser 0,5 mm ou mais, para que soldagem de estanho possa ser implementada entre componentes. Caso contrário, soldagem não pode ser implementada devido à pequena distância entre componentes.

Segundo, todas as interfaces têm que ser compatíveis entre si no sistema de PCB. Ambas posições, dimensões e forma de interfaces de componentes têm que ser levadas em consideração para garantir conexão suave entre eles. A complexidade do circuito inevitavelmente leva a diferença de potencial elétrico entre circuitos. Como resultado do pequeno espaço entre estas diferenças, curtos-circuitos sempre ocorrem. Portanto, componentes com alto potencial elétrico não devem ser colocados muito próximos uns dos outros para evitar a ocorrência de curtos-circuitos. Mais atenção tem que ser dada no ambiente de alta tensão.

Finalmente, a estrutura do circuito tem que ser cuidadosamente considerada como um todo e o circuito tem que ser cortado em módulos separados, cada um dos quais tem muitos componentes eletrônicos. Componentes devem ser distribuídos de acordo com diferentes módulos. Por exemplo, circuito amplificador de alta frequência ou circuito misturador deve ser colocado junto no processo de layout, de modo que a área de loop de fio possa ser efetivamente reduzida e também o consumo de circuito e radiação eletromagnética. Além disso, é capaz de impedir a interferência mútua entre diferentes módulos.

Roteamento

Roteamento é implementado após layout básico, classificado em roteamento detalhado e roteamento geral. O primeiro refere-se ao roteamento dentro de diferentes módulos no circuito. Embora roteamento detalhado possa ocorrer em design de CI, roteamento detalhado preliminar é completado antes da aquisição de componentes. Às vezes, apenas uma pequena modificação é requerida.

Roteamento geral refere-se ao roteamento mútuo entre diferentes módulos ou roteamento de rede entre potência e cada módulo. Alguns aspectos têm que ser levados em consideração no processo de roteamento geral. Muitas limitações serão causadas como resultado de particularidade de posição e diferentes distâncias entre módulos. Se cada módulo for considerado como um ponto e conexão entre pontos for determinada, o melhor plano com o menor comprimento de roteamento será gerado, de modo a economizar custo de material e fazer o circuito parecer simples e limpo.

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