Оптимизация проектирования печатных плат для РЧ-схем и ЭМС в эпоху 4G

Выбор материала подложки

Развитие коммуникационных технологий привело к широкому применению беспроводных радиочастотных (РЧ) схем в мобильных телефонах, Bluetooth-устройствах и др. РЧ-схемы стали основной технологией радиораспространения. В последние годы постепенное распространение 4G и очевидный рост порядков передачи данных создают вызовы для проектирования печатных плат РЧ-схем. Количество сигналов, передаваемых РЧ-схемой, возрастает в сотни раз ежедневно. Поскольку РЧ-схемы применяются в переносных устройствах с малыми габаритами и портативностью, основное требование к всей схеме — малый объем, равномерная и рациональная трассировка и отсутствие взаимных помех между микрокомпонентами. Однако электромагнитные помехи между компонентами внутри мобильных телефонов кажутся неизбежными. Некоторые операции могут эффективно снизить влияние ЭМИ. В статье рассматривается рациональное проектирование печатных плат для РЧ-схем с характеристиками малого объема и явной антипомеховой способностью.

Так как некоторые ИС (интегральные схемы) реализуются на подложке, для РЧ-схемы сначала необходимо выбрать подходящую подложку как шаблон для размещения электронных компонентов. При выборе материала подложки первыми элементами для рассмотрения являются диэлектрическая постоянная, диэлектрические потери и коэффициент термического расширения, среди которых диэлектрическая постоянная наиболее значима, так как она сильно влияет на импеданс и скорость передачи схемы, особенно для схем сверхвысокой частоты с строгими требованиями к диэлектрической постоянной. Поэтому общее правило — выбирать материал подложки с относительно малой диэлектрической постоянной.

Процедура проектирования печатных плат

Проектирование принципиальной схемы

Первый шаг проектирования печатной платы — проектирование принципиальной схемы, которое должно быть выполнено с помощью компьютеров. Проектирование принципиальной схемы реализуется через ПО для проектирования печатных плат, содержащее все электронные аналоговые компоненты. Сначала схема спроектирована путем симуляции реальной схемы в компьютере. Затем схема соединяется с соответствующими компонентами. Далее выполняется операционная симуляция на основе принципиальной схемы для определения возможности базовой работы.

Проектирование печатной платы

После проектирования принципиальной схемы узор и размер печатной платы могут быть научно определены на основе принципиальной схемы. Узор и размер печатной платы можно оптимизировать в соответствии с позицией, размером, узором и другими параметрами, чтобы вся система достигла оптимальной производительности. В этом процессе необходимо определить позиции отверстий для позиционирования, опорных отверстий и эталонных отверстий.

Разместите все необходимые компоненты. Обычные компоненты легко найти на складе. Если компоненты недоступны, необходимо закупить или изготовить их. PCBCart имеет профессиональную и стабильную систему закупки компонентов, на которую могут положиться клиенты. Затем компоненты должны быть распределены и выполнена трассировка вокруг них. Финальный шаг — проверка работы схемы, чтобы убедиться, что производительность схемы соответствует требованиям и работа схемы в основном стабильна.

Компоновка компонентов

В отличие от обычной компоновки, все компоненты в РЧ-схеме настолько малы из-за малого масштаба схемы, что применяется SMT (поверхностный монтаж) для компоновки компонентов и инфракрасная печь переплавки для пайки микроэлектронных компонентов. Пайка — важное звено в проектировании РЧ-схем, качество которой напрямую влияет на общее качество всей схемы. Для печатной платы РЧ-схемы необходимо образовать отличную электромагнитную совместимость между электронными компонентами — это самый важный элемент. Электромагнитное излучение между разными электронными компонентами влияет на независимую работу каждого компонента, поэтому необходимо сначала выбрать компоненты с антипомеховой способностью.

Кроме того, в процессе общей работы схемы ток в схеме склонен генерировать магнитное поле. Поэтому с точки зрения РЧ-схемы, кроме учета помех между компонентами, необходимо учитывать электромагнитные помехи схемы к другим схемам. Макроскопическая компоновка схемы весьма критична, и следующие базовые принципы компоновки могут служить 참고:

1. Расположение компонентов должно быть в один ряд. Определение направления системы припоя печатной платы применяется для уменьшения проблем, вызванных холодной пайкой. Обычно расстояние между компонентами должно быть 0,5 мм или более, чтобы пайка могла выполняться между компонентами. Иначе пайка невозможна из-за малого расстояния.
2. Все интерфейсы должны быть совместимы друг с другом в системе печатной платы. Позиции, размеры и форма интерфейсов компонентов должны учитываться для обеспечения плавного соединения между ними. Сложность схемы неизбежно приводит к разнице электрических потенциалов между схемами. В результате малого пространства между этими различиями короткие замыкания всегда происходят. Поэтому компоненты с высоким электрическим потенциалом не должны размещаться слишком близко друг к другу, чтобы избежать коротких замыканий. В высоковольтной среде требуется больше внимания.
3. Структура схемы должна быть тщательно рассмотрена как целое, и схема должна быть разделена на отдельные модули, каждый из которых содержит много электронных компонентов. Компоненты должны распределяться в соответствии с разными модулями. Например, высокочастотный усилительный каскад или схемы преобразования частоты должны размещаться вместе при компоновке, чтобы эффективно уменьшить площадь контура проводов, а также потребление схемы и электромагнитное излучение. Более того, это способно предотвратить взаимные помехи между разными модулями.

Трассировка

Трассировка выполняется после базовой компоновки, классифицируется на детальную трассировку и общую трассировку. Первая относится к трассировке внутри разных модулей схемы. Хотя детальная трассировка может происходить в проектировании ИС, предварительная детальная трассировка завершается до закупки компонентов. Иногда требуется лишь небольшая модификация.

Общая трассировка относится к взаимной трассировке между разными модулями или сетевой трассировке между питанием и каждым модулем. В процессе общей трассировки необходимо учитывать некоторые аспекты. Много ограничений возникает из-за особенностей позиции и разных расстояний между модулями. Если рассматривать каждый модуль как точку и определить соединение между точками, будет сгенерирован лучший план с кратчайшей длиной трассировки, чтобы сэкономить стоимость материалов и сделать схему простой и аккуратной.

Полезные ресурсы

• Обеспечение успеха с первой попытки в проектировании ЭМС печатных плат
• Правила проектирования разделения печатных плат для улучшения ЭМС
• Руководства по проектированию печатных плат для РЧ и микроволн
• Проблемы и решения в проектировании печатных плат РЧ
• Полнофункциональный сервис производства печатных плат от PCBCart — множество ценностных опций
• Продвинутый сервис монтажа печатных плат от PCBCart — от 1 штуки