Ở tần số nào thiết kế PCB có được khó khăn?

Tôi đã thiết kế nhiều PCB tín hiệu hỗn hợp trong đó thành phần tần số cao nhất là bộ dao động tinh thể của vi điều khiển. Tôi hiểu các thực hành tốt nhất tiêu chuẩn: dấu vết ngắn, máy bay mặt đất, mũ tách rời, vòng bảo vệ, dấu vết che chắn, v.v.

Tôi cũng đã kết hợp một vài mạch RF, ở tần số cực rộng 2,4 GHz và ~ 6,5 GHz. Tôi có một sự hiểu biết làm việc về trở kháng đặc tính, khâu nối đất, đường cấp liệu RF cân bằng và không cân bằng và kết hợp trở kháng. Tôi đã luôn ký hợp đồng với một kỹ sư RF để phân tích và tinh chỉnh các thiết kế này.

Điều tôi không hiểu là nơi một cõi bắt đầu chuyển sang thế giới tiếp theo. Dự án hiện tại của tôi có một bus SPI 20 MHz được chia sẻ giữa bốn thiết bị, điều này cho phép tôi đặt câu hỏi này. Nhưng, tôi thực sự đang tìm kiếm hướng dẫn chung.

1. Có hướng dẫn về chiều dài theo dõi so với tần số? Tôi giả sử rằng dấu vết ~ 3 inch là tốt với 20 MHz (15 mét), nhưng trường hợp chung là gì?

2. Khi tần số tăng, làm thế nào để ngăn chặn dấu vết dài phát ra? Là thoát y và dỗ đường để đi?

3. Trở kháng đặc tính RF của giai đoạn đầu ra vi điều khiển thông thường là gì?

4. v.v.

Xin vui lòng cho tôi biết bất cứ điều gì tôi đang thiếu :)

1. Có hướng dẫn về chiều dài theo dõi so với tần số? Tôi giả sử rằng dấu vết ~ 3 inch là tốt với 20 MHz (15 mét), nhưng trường hợp chung là gì?

Theo công việc của tôi, hướng dẫn là, nếu chiều dài điện của dấu vết dài hơn 1/10 bước sóng, bạn cần coi nó như một đường truyền. Tối thiểu, điều này có nghĩa là bạn phải chấm dứt với một điện trở phù hợp với trở kháng của đường dây. Làm thế nào để bạn tìm ra giá trị điện trở để sử dụng? Bạn ước tính trở kháng sẽ là gì trong quá trình thiết kế, và sau đó bạn điều chỉnh giá trị để giảm thiểu đổ chuông trong DVT.

Bây giờ, có một số tinh tế ở đây về ý nghĩa thực sự của bước sóng 1/10. Đối với một sin, điều này là đơn giản. Đối với sóng vuông, là tổng của nhiều sin, bạn phải sử dụng thành phần tần số cao nhất làm công cụ ước tính của mình. Khi bạn làm sắc nét các góc của hình vuông với tốc độ quay nhanh hơn, bạn sẽ tăng tần số của hình sin nhanh nhất có thẩm quyền.

Điều này có nghĩa là, đối với tín hiệu số, cường độ ổ đĩa ảnh hưởng trực tiếp đến chiều dài điện của đường dây. Sức mạnh ổ đĩa cao hơn có thể dễ dàng biến một dòng không đổ chuông thành một dòng mà không.

Tôi đã học được điều này một cách khó khăn khi một nhà cung cấp thực hiện "cải tiến" cho bộ đệm kỹ thuật số mà không cho chúng tôi biết. Sự thay đổi này làm tăng tốc độ quay, khiến cho vòng bị hỏng đến mức chip nhận bắt đầu bị khóa. Một bảng chúng tôi sản xuất đã hoạt động tốt trong nhiều năm đột nhiên bắt đầu khóa ngẫu nhiên.

1. Độ dài dấu vết so với tần số - để gửi dữ liệu hoặc sóng mang giữa một IC này và IC khác, các hướng dẫn khá khoan dung mà tôi muốn nói. Tần số tối đa có thể được tạo ra với số lượng đáng kể (có thể lên đến vài sóng hài cho sóng vuông) là yếu tố giới hạn và nếu độ dài dấu vết của bạn "nhỏ hơn" một phần mười bước sóng thì có lẽ bạn không cần phải hoạt động với một terminator. Ngay cả ở độ dài dấu vết dài hơn một chút, bạn có thể chấm dứt với một chuỗi kết hợp vài chục pF và (giả sử) 50 ohms. Điều này tránh được vấn đề của bộ kết thúc 50 ohm trực tiếp trên một dòng logic. Ví dụ, đối với các mạch khác nhau, "quy tắc" nghiêm ngặt hơn, bộ khuếch đại photodiode có thể có băng thông 3dB là 1 GHz (bước sóng = 0. 3 m) và một phần mười sẽ là 30 mm - chiều dài dấu vết hoàn toàn tai hại trên đầu vào bộ khuếch đại photodiode và độ tự cảm của dòng sẽ gây ra tất cả các loại bất ngờ tiềm ẩn khi cố gắng làm cho nó hoạt động. Vì vậy, các quy tắc thay đổi tùy thuộc vào những gì bạn đang cố gắng làm.

Vì vậy, tôi đang phân biệt ở đây giữa truyền dẫn kỹ thuật số (hoặc tương tự) mạnh mẽ, các mạch nhạy / yếu như bộ khuếch đại photodiode và tôi sẽ sử dụng UWB 6,5 GHz của bạn làm ví dụ - nó có thể đã điều chỉnh rộng trên một vài GHz nhưng nếu bạn đang cố gắng tạo ra một bộ khuếch đại tuyến tính từ dải kHz đến GHz, bạn sẽ gặp vấn đề về độ tự cảm theo chiều dài cộng hưởng với điện dung của bóng bán dẫn ký sinh và đôi khi bạn phải đặt điện trở trong các rãnh rất nhỏ chỉ để tránh tự dao động mạch. Với "đầu phát thanh" của tôi về những gì bạn có thể đạt được ở tần số thực sự cao (nhưng băng thông hạn chế) có nghĩa là bạn có thể sử dụng ký sinh trùng để lợi thế của mình nhưng không phải băng thông rộng từ DC đến vài GHz. Dù sao đó cũng là xu hướng khiến tôi lo lắng.

1. Ngăn chặn các dấu vết phóng xạ dài có thể được thực hiện với các dấu vết cân bằng - trường xa bằng 0 vì hai trường EM hủy bỏ (khi được thực hiện đúng cách). Sử dụng đường kẻ sọc là một kỹ thuật và bản thân nó không dừng tín hiệu phát ra. Coax tất nhiên và do đó, cân bằng dải.
2. Trở kháng đầu ra vi mô không liên quan như bạn nghĩ trong rất nhiều ví dụ - giả sử là 10 ohms ở 100 MHz - đầu ra của bạn đi xuống một dải 50 ohm (hoặc dỗ) và cung cấp kết thúc ở đầu nhận là đủ, phản xạ được giảm thiểu. Tôi biết ở trường đại học họ nói rằng đầu ra của bạn cần phải được kiểm soát trở kháng nhưng thực tế thì không.

Bạn đang hỏi một câu hỏi hay. Theo nhiều cách, câu hỏi tương tự như câu hỏi này: Những loại tín hiệu nào cần được xem là có trở kháng theo dõi 50?

Tôi sẽ không lặp lại câu trả lời của tôi ở đây, nhưng đề nghị bạn nên đọc nó ở đó. Điều này sẽ bao gồm 1 của bạn.

2) Đừng lo lắng về dấu vết tỏa ra nếu bạn chạy trên một mặt phẳng tham chiếu. Thay vào đó là lo lắng khi tín hiệu rời khỏi vùng trở kháng thấp gần mặt phẳng tham chiếu. Đầu nối, dây cáp, v.v.

3) Sử dụng trình giả lập IBIS yêu thích của bạn để tìm thấy điều này. Và điều quan trọng là chấm dứt. Hầu hết đều nằm trong phạm vi 10-25R - nhưng bạn thậm chí có thể tìm thấy một số không đối xứng, do đó, các FET đầu ra phía cao và phía thấp không cho bạn trở kháng tương tự.

1) Có hướng dẫn nào về độ dài dấu vết so với tần số không? Tôi giả sử rằng dấu vết ~ 3 inch là tốt với 20 MHz (15 mét), nhưng trường hợp chung là gì?

Kích thước> 1/10 bước sóng của tần số cao nhất hoặc sóng hài. Điều đó không có nghĩa là mạch sẽ ngừng hoạt động ở bước sóng 2/10. Nó phụ thuộc vào mức độ nhạy cảm của mạch.

2) Khi tần số tăng, làm thế nào để ngăn chặn dấu vết dài phát ra? Là thoát y và dỗ đường để đi?

Có các quy tắc khác nhau tùy thuộc vào những gì bạn quan tâm mà dấu vết sẽ tỏa ra. Một mạch RF sẽ luôn luôn tỏa ra. Hình ảnh tín hiệu được hướng dẫn bởi dấu vết, không tồn tại bên trong dấu vết. Tín hiệu trên một dấu vết có thể nhảy lên một dấu vết khác nếu chúng đủ gần. Hầu hết mọi người gọi khớp nối này. Để giảm thiểu khớp nối, tách các dấu vết ít nhất 2 * (khoảng cách đến mặt phẳng tham chiếu). Một bức tường vias có thể được sử dụng để đảm bảo hai dấu vết được cách ly với nhau.

Có một vài quy tắc để giảm thiểu bao nhiêu dấu vết tỏa ra khỏi mạch và đi đến một nơi khác. - Hãy chắc chắn rằng tất cả các dấu vết được chấm dứt vào một cái gì đó. Một dấu vết sóng 1/4 tạo ra một ăng ten tốt, nếu một đầu là kết thúc mở. - Tránh sự không liên tục. Hãy nghĩ về một dấu vết như một đường cao tốc. Nếu bạn đang đi 70mph và đạt một ngã rẽ 90deg, bạn sẽ không thể đi theo con đường. Điều này cũng đúng với tín hiệu tần số cao.

Nếu một tín hiệu không phát ra từ một mạch, nó có thể được chứa trong vỏ kim loại hoặc được hấp thụ. Cả dây và dỗ đều có kim loại chứa tín hiệu RF. Các bảng không có lớp kim loại trên cùng thường được phủ bằng vỏ kim loại. Khoảng cách từ bảng đến vỏ kim loại thường được thực hiện dưới 1/2 bước sóng để làm giảm tín hiệu bức xạ và tránh những điều kỳ lạ khác xảy ra. Bạn cũng có thể mua các vật liệu được thiết kế để hấp thụ tín hiệu RF, vì vậy chúng không bị dội khắp nơi.

4) vv Có những trò chơi thú vị mà bạn có thể chơi bằng cách thay đổi độ dày của dấu vết hoặc khoảng cách đến tham chiếu. Một đường rộng hơn có hiệu quả trông ngắn hơn, nhưng một đường hẹp trông có vẻ quy nạp và có thể được sử dụng để hủy các thiết bị điện dung.