การออกแบบ PCB ความถี่ใดที่จะยุ่งยาก

ฉันได้ออกแบบ PCB แบบผสมสัญญาณจำนวนมากซึ่งมีส่วนประกอบความถี่สูงสุดคือตัวกำเนิดคริสตัลของไมโครคอนโทรลเลอร์ ฉันเข้าใจถึงแนวปฏิบัติที่ดีที่สุดมาตรฐาน: ร่องรอยสั้น ๆ , เครื่องบินภาคพื้นดิน, ตัวแยกสัญญาณแคป, วงแหวนป้องกัน, ร่องรอยการป้องกัน ฯลฯ

ฉันยังได้รวมวงจร RF สองสามอันเข้าด้วยกันที่ความถี่ 2.4GHz และ ~ 6.5GHz วงกว้างพิเศษ ฉันมีความเข้าใจในการทำงานของอิมพีแดนซ์ลักษณะการต่อสายกราวด์ไลน์การป้อน RF ที่สมดุลและไม่สมดุลและการจับคู่อิมพิแดนซ์ ฉันได้ว่าจ้างวิศวกร RF มาเพื่อวิเคราะห์และปรับการออกแบบเหล่านี้อย่างละเอียด

สิ่งที่ฉันไม่เข้าใจคือที่ที่อาณาจักรหนึ่งเริ่มข้ามไปสู่อีกอาณาจักร โครงการปัจจุบันของฉันมีบัส SPI ขนาด 20MHz ที่ใช้ร่วมกันระหว่างอุปกรณ์สี่เครื่องซึ่งทำให้ฉันมีคำถามนี้ แต่ฉันกำลังมองหาแนวทางทั่วไป

1. มีแนวทางเท่าที่ความยาวการติดตามเทียบกับความถี่หรือไม่ ฉันสันนิษฐานว่า ~ ร่องรอย 3 นิ้วใช้ได้กับ 20MHz (15 เมตร) แต่กรณีทั่วไปคืออะไร

2. เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นจะป้องกันไม่ให้มีร่องรอยยาว ๆ Striplines และ coax เป็นหนทางไปหรือไม่?

3. อะไรคือลักษณะความต้านทานคลื่นความถี่วิทยุของสเตจเอาท์พุทไมโครคอนโทรลเลอร์ทั่วไป

4. เป็นต้น

โปรดบอกฉันว่าฉันคิดถึงอะไรไม่ได้เลย :)

1. มีแนวทางเท่าที่ความยาวการติดตามเทียบกับความถี่หรือไม่ ฉันสันนิษฐานว่า ~ ร่องรอย 3 นิ้วใช้ได้กับ 20MHz (15 เมตร) แต่กรณีทั่วไปคืออะไร

ที่ทำงานของฉันแนวทางคือถ้าความยาวของร่องรอยมีความยาวมากกว่า 1/10 ของความยาวคลื่นคุณต้องถือว่ามันเป็นสายส่ง อย่างน้อยที่สุดหมายความว่าคุณจะต้องยุติด้วยตัวต้านทานที่ตรงกับความต้านทานของเส้น คุณจะทราบได้อย่างไรว่าค่าตัวต้านทานใดที่จะใช้ คุณประเมินความต้านทานที่จะเกิดขึ้นระหว่างการออกแบบจากนั้นปรับค่าเพื่อลดเสียงเรียกเข้าระหว่าง DVT

ทีนี้มันมีความละเอียดอ่อนตรงนี้เกี่ยวกับความหมายที่แท้จริงของความยาวคลื่น 1/10 สำหรับ sinewave สิ่งนี้ตรงไปตรงมา สำหรับคลื่นสี่เหลี่ยมซึ่งเป็นผลรวมของไซน์จำนวนมากคุณต้องใช้องค์ประกอบความถี่สูงสุดเป็นตัวประมาณของคุณ ในขณะที่คุณกรีดมุมของจัตุรัสด้วยอัตราการฆ่าที่เร็วขึ้นคุณจะเพิ่มความถี่ของความสามารถไซน์ที่เร็วที่สุด

สำหรับสัญญาณดิจิตอลนั้นความแข็งแรงของไดรฟ์ส่งผลกระทบโดยตรงต่อความยาวของสายไฟฟ้า ความแรงของไดรฟ์ที่สูงขึ้นสามารถเปลี่ยนเส้นที่ไม่ส่งเสียงดังเป็นหนึ่งได้อย่างง่ายดาย

ฉันได้เรียนรู้วิธีนี้อย่างยากลำบากเมื่อซัพพลายเออร์ทำการ "ปรับปรุง" ให้กับบัฟเฟอร์ดิจิตอลโดยไม่บอกเรา การเปลี่ยนแปลงนี้เพิ่มอัตราการฆ่าซึ่งทำให้แหวนแย่มากที่ชิปที่รับเริ่ม latchup บอร์ดที่เราผลิตขึ้นซึ่งทำงานได้ดีมาหลายปีก็เริ่มมีการสุ่มล็อก

1. ความยาวในการติดตามเทียบกับความถี่ - สำหรับการส่งข้อมูลหรือคลื่นพาหะระหว่าง IC หนึ่งและอีกอันหนึ่งแนวทางนั้นทนทานพอสมควร ความถี่สูงสุดที่สามารถสร้างได้ในจำนวนที่มาก (อาจจะเป็นฮาร์โมนิกหลายอันสำหรับคลื่นสี่เหลี่ยม) เป็นปัจจัย จำกัด และหากความยาวการติดตามของคุณคือ "น้อยกว่า" หนึ่งในสิบของความยาวคลื่นคุณอาจไม่จำเป็นต้อง ทำงานด้วยเทอร์มิเนเตอร์ แม้ที่ความยาวการติดตามที่ยาวกว่าเล็กน้อยคุณสามารถยุติด้วยการรวมอนุกรมของ pF สองสามสิบและ (พูด) 50 โอห์ม สิ่งนี้จะช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาของเทอร์มิเนเตอร์ 50 โอห์มโดยตรงผ่านสายลอจิก สำหรับวงจรที่แตกต่างกัน "กฏ" มีความเข้มงวดมากขึ้นเช่นโฟโตไดโอดแอมป์อาจมีแบนด์วิดธ์ 3dB เป็น 1 GHz (ความยาวคลื่น = 0 3 ม.) และอีกหนึ่งในสิบจะเท่ากับ 30 มม. - ความยาวร่องรอยที่หายนะโดยสิ้นเชิงในอินพุตไปยังเครื่องขยายเสียงโฟโตไดโอดและการเหนี่ยวนำของสายจะทำให้เกิดความประหลาดใจที่ซ่อนอยู่ทุกประเภทเมื่อพยายามทำให้มันทำงาน ดังนั้นกฎจะเปลี่ยนไปตามสิ่งที่คุณพยายามจะทำ

ดังนั้นฉันจึงสร้างความแตกต่างได้ที่นี่ระหว่างการส่งสัญญาณดิจิตอล (หรืออะนาล็อก) วงจรอ่อนไหว / อ่อนแอเช่นแอมป์โฟโตไดโอดและฉันจะใช้ 6.5 GHz UWB ของคุณเป็นตัวอย่าง - อาจมีการจูนคลื่นกว้างสอง GHz แต่ถ้า คุณกำลังพยายามสร้างแอมพลิฟายเออร์เชิงเส้นจากช่วง kHz ถึง GHz คุณจะประสบปัญหาเกี่ยวกับการเหนี่ยวนำความยาวร่องรอยที่สะท้อนกับความสามารถในการเหนี่ยวนำของกาฝากและบางครั้งคุณต้องใส่ตัวต้านทานในแทร็กขนาดเล็กมาก ด้วย "หัววิทยุ" ของฉันในสิ่งที่คุณสามารถทำได้ที่ความถี่สูงมาก (แต่ จำกัด แบนด์วิดท์) หมายความว่าคุณสามารถใช้ปรสิตเพื่อประโยชน์ของคุณได้ นั่นเป็นวิธีที่มีแนวโน้มที่จะเลื่อนออกไปสำหรับฉันต่อไป

1. การป้องกันการแผ่รังสีแบบยาวสามารถทำได้ด้วยการติดตามแบบสมดุล - ฟิลด์ไกลเป็นศูนย์เพราะฟิลด์ EM ทั้งสองถูกยกเลิก (เมื่อทำอย่างถูกต้อง) การใช้สไตรพ์เป็นเทคนิคและไม่หยุดสัญญาณที่แผ่ออกมา Coax ทำแน่นอนและ stripline ที่สมดุล
2. ความต้านทานเอาต์พุตขนาดเล็กไม่เกี่ยวข้องเท่าที่คุณคิดในหลาย ๆ ตัวอย่าง - บอกว่ามันคือ 10 โอห์มที่ 100 MHz - เอาต์พุตของคุณลดลง 50 โอห์มสเปลปลิน (หรือโคแอกซ์) และให้การยุติเมื่อสิ้นสุดการรับนั้นเพียงพอ จะลดลง ฉันรู้ที่วิทยาลัยพวกเขากล่าวว่าผลลัพธ์ของคุณจะต้องมีการควบคุมความต้านทาน แต่ในความเป็นจริงมันไม่ได้

คุณกำลังถามคำถามที่ดี ในหลาย ๆ คำถามเดียวกันกับสิ่งนี้: สัญญาณประเภทใดที่ควรพิจารณาว่ามีความต้านทาน 50 ance trace?

ฉันจะไม่ทำซ้ำคำตอบของฉันที่นี่ แต่แนะนำให้คุณไปอ่านที่นั่น สิ่งนี้จะครอบคลุม 1)

2) ไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับร่องรอยที่แผ่หากคุณวิ่งผ่านระนาบอ้างอิง กังวลแทนเมื่อสัญญาณออกจากอาณาจักรความต้านทานต่ำใกล้กับระนาบอ้างอิง ตัวเชื่อมต่อสายเคเบิล ฯลฯ

3) ใช้โปรแกรมจำลอง IBIS ที่คุณชื่นชอบเพื่อค้นหาสิ่งนี้ และเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเลิกจ้าง ส่วนใหญ่อยู่ในช่วง 10-25R - แต่คุณอาจพบบางอย่างที่ไม่สมมาตรดังนั้น FET ที่ให้ผลผลิตสูงและต่ำจะไม่ให้ความต้านทานเท่าเดิม

1) มีแนวทางเท่าที่ความยาวการติดตามเทียบกับความถี่หรือไม่ ฉันสันนิษฐานว่า ~ ร่องรอย 3 นิ้วใช้ได้กับ 20MHz (15 เมตร) แต่กรณีทั่วไปคืออะไร

ขนาด> 1/10 ความยาวคลื่นของความถี่สูงสุดหรือฮาร์มอนิก ไม่ได้หมายความว่าวงจรจะหยุดทำงานที่ความยาวคลื่น 2/10 มันขึ้นอยู่กับความไวของวงจร

2) เมื่อมีความถี่เพิ่มขึ้นวิธีการป้องกันไม่ให้มีร่องรอยยาวแผ่? Striplines และ coax เป็นหนทางไปหรือไม่?

มีกฎของหัวแม่มือที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับสิ่งที่คุณกังวลการติดตามจะแผ่ไป วงจร RF จะแผ่รังสีออกมาเสมอ รูปภาพสัญญาณที่ถูกนำทางโดยการติดตามไม่ใช่ที่มีอยู่ภายในการติดตาม สัญญาณในการติดตามหนึ่งสามารถกระโดดไปสู่การติดตามอื่นถ้าพวกเขาอยู่ใกล้พอ คนส่วนใหญ่เรียกการมีเพศสัมพันธ์นี้ เพื่อลดการแต่งงานให้แยกร่องรอยอย่างน้อย 2 * (ระยะห่างจากระนาบอ้างอิง) Wall of vias สามารถใช้เพื่อให้แน่ใจว่ามีการแยกร่องรอยสองอันออกจากกัน

มีกฎบางอย่างของหัวแม่มือเพื่อลดปริมาณการแพร่กระจายออกจากวงจรและไปที่อื่น - ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการติดตามทั้งหมดถูกยกเลิกเป็นบางอย่าง การติดตามคลื่น 1/4 ทำให้เสาอากาศที่ดีถ้าปลายด้านหนึ่งเป็นปลายเปิด - หลีกเลี่ยงความไม่ต่อเนื่อง คิดว่าร่องรอยเป็นทางหลวง หากคุณไป 70 ไมล์ต่อชั่วโมงและเลี้ยว 90 องศาคุณจะไม่สามารถไปตามถนนได้ เช่นเดียวกันกับสัญญาณความถี่สูง

หากสัญญาณแผ่ออกจากวงจรสามารถมีสิ่งที่แนบมาด้วยโลหะหรือดูดซับ Stripline และ coax มีโลหะที่ประกอบด้วยสัญญาณ RF บอร์ดที่ไม่มีชั้นโลหะแข็งด้านบนมักจะถูกหุ้มด้วยโครงโลหะ ระยะห่างจากบอร์ดไปยังกล่องหุ้มโลหะมักจะมีความยาวคลื่นน้อยกว่า 1/2 เพื่อลดทอนสัญญาณที่แผ่ออกมาและหลีกเลี่ยงสิ่งแปลกปลอมอื่น ๆ คุณยังสามารถซื้อวัสดุที่ออกแบบมาเพื่อดูดซับสัญญาณ RF ดังนั้นพวกเขาจึงไม่เด้งไปทั่ว

4) ฯลฯ มีเกมสนุก ๆ ที่คุณสามารถเล่นได้โดยการเปลี่ยนความหนาของร่องรอยหรือระยะทางอ้างอิง เส้นที่กว้างขึ้นดูสั้นลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่เส้นที่แคบดูเป็นอุปนัยและสามารถใช้ในการยกเลิกอุปกรณ์ capacitive