PCB-ontwerp Optimaliseren voor RF-circuits & EMC in het 4G-tijdperk

De ontwikkeling van communicatietechnologie heeft geleid tot breedere toepassing van draadloze radiofrequentie (RF) circuits, zoals in mobiele telefoons, Bluetooth-producten; RF-circuit is kerntechnologie van radio-uitzending. In recente jaren brengt de geleidelijke prevalentie van 4G en duidelijke toename van data-overdrachtsorde grote uitdagingen voor PCB-ontwerp van RF-circuit. Immers, het aantal signalen dat door RF-circuit wordt overgedragen, escaldeert honderden keer per dag. Bovendien, aangezien RF-circuit voornamelijk in draagbare apparaten wordt toegepast (kenmerken: kleine schaal, draagbaar), is de basisvereiste van het hele circuit: klein volume, evenwichtige en redelijke routing, geen interferentie tussen micro-componenten. Toch lijkt elektromagnetische interferentie tussen componenten in mobiele telefoons onvermijdelijk. Geen zorgen: sommige operaties kunnen de invloed van EMI effectief verminderen. Dit artikel brengt een redelijk PCB-ontwerp voor RF-circuit met kenmerken: klein volume en duidelijke anti-interferentie capaciteit.

Selectie van Substraatmateriaal

Omdat sommige IC's (geïntegreerde circuits) op substraat worden geïmplementeerd, moet geschikt substraat voor RF-circuit eerst worden gekozen als template voor elektronische componenten. Bij selectie van substraatmateriaal zijn de eerste overwegingen: diëlectrische constante, diëlectrisch verlies en thermische uitdijingscoëfficiënt, waarvan diëlectrische constante het meest significant is omdat het de impedantie en transmissiesnelheid van het circuit sterk beïnvloedt, met name circuits met extreem hoge frequentie die strenge eisen stellen aan diëlectrische constante. Daarom is het algemeen een regel om substraatmateriaal met relatief kleine diëlectrische constante te kiezen.

PCB-ontwerp Proces

Schematisch Diagram Ontwerp

De eerste stap van PCB-ontwerp is schematisch diagram ontwerpen, wat met computerhulp moet worden voltooid. Schematisch diagramontwerp wordt uitgevoerd via PCB-ontwerpsoftware die alle elektronische analoge componenten bevat. Eerst wordt circuitdiagram ontworpen door het echte circuit in de computer te simuleren. Vervolgens moet circuitdiagram met bijbehorende componenten worden verbonden. Vervolgens wordt operatiesimulatie uitgevoerd op basis van schematisch diagram om haalbaarheid van basisoperatie te bepalen.

PCB-ontwerp

Na schematisch diagramontwerp kan het patroon en de grootte van PCB wetenschappelijk worden bepaald op basis van het schematisch diagram. Patroon en grootte kunnen worden geoptimaliseerd volgens positie, afmeting, patroon en andere parameters om het hele systeem optimale prestaties te laten bereiken. In dit proces is het nodig de posities van locatiegaten, kijkogels en referentiegaten te bepalen.

Plaats alle benodigde componenten. Gewone componenten zijn makkelijk in voorraad te vinden. Als componenten niet in voorraad zijn, is inkoop of fabricage nodig. PCBCart heeft een professioneel en stabiel componentenaanbiedingssysteem waar klanten op kunnen vertrouwen. Vervolgens moeten componenten worden verdeeld en routing geïmplementeerd rondom hen. De laatste stap is het detecteren van de circuitwerking om te garanderen dat de prestaties aan de eis voldoen en de werking basisstabiel is.

Componenten Layout

Anders dan bij gewone componentenlayout, zijn alle componenten in RF-circuit zo klein door de kleine schaal van het circuit dat SMT (surface mount technology) wordt toegepast voor componentenlayout en infrarood reflow-oven voor soldeering van micro-elektronische componenten. Soldeering is een belangrijk schakel in RF-circuitontwerp, wiens kwaliteit de algehele kwaliteit van het hele circuit direct beïnvloedt. Voor RF-circuit PCB moet uitstekende elektromagnetische compatibiliteit worden gevormd tussen elektronische componenten, het meest waardige element om te overwegen.

Daarnaast neigt de stroom in het circuit tijdens de algehele werking tot het genereren van magnetisch veld. Daarom, vanuit RF-circuitperspectief, naast interferentie tussen componenten, moet ook de elektromagnetische interferentie van het circuit naar andere circuits in overweging worden genomen. Macroscopische circuitlayout is zeer kritisch en de volgende basisprincipes kunnen als referentie dienen.

Eerst: componentenarrangement moet in één rij. Bepaling van richting van PCB-instroom systeem wordt toegepast om problemen door losse soldeering te verminderen. Over het algemeen moet spacing tussen componenten 0,5 mm of meer zijn zodat tin-soldeering tussen componenten kan. Anders kan soldeering niet door kleine afstand.

Tweedes: alle interfaces moeten in PCB-systeem compatibel zijn. Zowel posities, afmetingen als vorm van componenteninterfaces moeten worden overwogen voor soepel verbinding. Complexiteit van circuit leidt onvermijdelijk tot potentiaalverschil tussen circuits. Als gevolg van kleine ruimte tussen deze verschillen, ontstaan altijd kortsluitingen. Componenten met hoog potentieel mogen niet te dicht bij elkaar geplaatst worden om kortsluiting te voorkomen. Meer aandacht in hoge-spanningsomgeving.

Derdes: circuitstructuur moet als geheel zorgvuldig worden overwogen en circuit in afzonderlijke modules gesneden, elk met veel elektronische componenten. Componenten moeten volgens verschillende modules worden verdeeld. Bijv. high-frequentie versterkingscircuit of mixer-circuit moeten samen geplaatst worden tijdens layout, zodat draadlusoppervlakte effectief wordt verminderd en circuitverbruik en elektromagnetische straling. Bovendien stopt het wederzijdse interferentie tussen verschillende modules.

Routing

Routing wordt na basislayout geïmplementeerd, ingedeeld in gedetailleerde routing en algemene routing. De eerste verwijst naar routing binnen verschillende modules in het circuit. Hoewel gedetailleerde routing kan plaatsvinden in IC-ontwerp, wordt voorlopige gedetailleerde routing vóór inkoop van componenten voltooid. Soms is slechts kleine wijziging nodig.

Algemene routing verwijst naar wederzijdse routing tussen verschillende modules of netwerkrouting tussen power en elke module. Sommige aspecten moeten in overweging worden genomen. Veel beperkingen ontstaan door positie-bijzonderheid en verschillende afstanden tussen modules. Als elke module als een punt wordt beschouwd en verbinding tussen punten bepaald, wordt het beste plan met kortste routinglengte gegenereerd om materiaalkosten te besparen en circuit eenvoudig en netjes te maken.

Nuttige bronnen:
• First-Time Succes in PCB EMC-ontwerp garanderen
• PCB Partitioning Ontwerp Regels voor EMC-verbetering
• Richtlijnen voor RF en Microwave PCB-ontwerp
• Tekortkomingen en Oplossingen in RF PCB-ontwerp
• Full Feature PCB Fabricageservice van PCBCart – Meerdere Value-added opties
• Advanced PCB Assembly Service van PCBCart – Start vanaf 1 stuk