En qué frecuencias se hace el diseño de PCB obtener complicado?

Question

He diseñado muchas de señal mixta del PCB donde el mayor componente de la frecuencia es el microcontrolador del oscilador de cristal de sí mismo. Entiendo que el estándar de mejores prácticas: corto trazas de planos de tierra, la disociación de las tapas, anillos de seguridad, blindaje de trazas, etc.

También he puesto juntos un par de circuitos de RF, en 2.4 GHz y ~6.5 GHz ultra-ancho de banda. Tengo un trabajo de comprensión de la impedancia característica, suelo de costura, equilibrado vs desequilibrada RF de líneas de alimentación y de igualación de impedancia. Siempre he contratado un ingeniero de RF para analizar y afinar estos diseños.

Lo que no entiendo es donde un reino comienza a saltar a la siguiente. Mi proyecto actual tiene un 20 mhz bus SPI compartido entre cuatro dispositivos a la vez, que me ha permitido a esta pregunta. Pero, realmente estoy buscando las directrices generales.

1. Hay pautas tan lejos como para rastrear longitud vs frecuencia? Supongo que ~3 pulgadas huellas están bien con 20MHz (15 metros), pero lo que es el caso general?

2. Como frecuencias aumentan, cómo evitar largas trazas de radiación? Son striplines y coaxial el camino a seguir?

3. ¿Cuál es la RF impedancia característica de un microcontrolador típico de la etapa de salida, de todos modos?

4. etc.

Por favor, siéntete libre de decirme nada me falta :)

Answer 1

1. Seguimiento de longitud frente a la frecuencia de envío de datos o soporte de las ondas entre IC y otro, las directrices son bastante tolerantes diría yo. La frecuencia máxima que se podría generar en cantidades significativas (tal vez varios de los armónicos de una onda cuadrada) es el factor limitante y si su traza longitud es "menos que" una décima parte de la longitud de onda, entonces probablemente usted no necesita para operar con un terminador. Incluso en poco más largo de la traza de longitudes usted podría terminar con una serie de combinación de un par de decenas de pF y (dicen) de 50 ohmios. Esto evita el problema de un terminador de 50 ohm directamente a través de una lógica de la línea. Para los diferentes circuitos de las "reglas" son más estrictas, por ejemplo, un fotodiodo amplificador puede tener un 3dB ancho de banda de 1 GHz (longitud de onda = 0,3 m) y una décima sería de 30 mm - totalmente desastroso de seguimiento de longitud en la entrada de un fotodiodo amplificador y también la inductancia de la línea sería la causa de todo tipo de sorpresas cuando se trata de hacerlo funcionar. Así que las reglas cambian, dependiendo de lo que usted está tratando de hacer.

Así que estoy haciendo una distinción aquí entre robusta en formato digital (digital o analógica) de transmisión, sensible/débil circuitos como el fotodiodo amplificadores y voy a usar tu 6.5 GHz UWB como un ejemplo - puede que haya tenido una amplia sintonía a través de un par de GHz, pero si estás tratando de hacer un amplificador lineal de la kHz a la gama de los GHz que llegará a los problemas de la traza de la longitud de la inductancia de resonancia con parasitarias transistor de capacitancia y, a veces usted tiene que poner resistencias en muy pequeñas pistas de evitar un circuito de auto-oscilante. Con mi "radio head" en lo que se puede lograr en muy altas frecuencias (pero limitado ancho de banda) significa que usted puede utilizar valores parásitos para su ventaja, pero no a través de un muy amplio ancho de banda de CC hasta varios GHz. Eso es lo que tiende a pan-para mí de todos modos.

1. Prevención de larga huellas radiante se puede hacer con equilibrado de las huellas - el campo lejano es cero debido a que los dos campos EM cancelar (cuando se hace correctamente). El uso de striplines es una técnica y no la propia parada una señal de que se irradia. Coaxial, por supuesto, y lo hace equilibrado stripline.
2. Micro impedancia de salida no es tan relevante como la de pensar en un montón de ejemplos - dicen que es de 10 ohmios a 100 MHz - su salida va hacia abajo de un 50 ohm stripline (o coaxial) y facilitar la terminación en el extremo receptor es la adecuada, los reflejos se reducen al mínimo. Sé que en el colegio le dicen que su salida debe ser de impedancia controlada, pero en realidad no es así.

Answer 2

1. Hay pautas tan lejos como para rastrear longitud vs frecuencia? Supongo que ~3 pulgadas huellas están bien con 20MHz (15 metros), pero lo que es el caso general?

En mi trabajo, la pauta es, si la longitud eléctrica de una traza más de 1/10 de la longitud de onda, es necesario tratarla como una línea de transmisión. Como mínimo, esto significa que usted debe terminar con un resistor de corresponder a la impedancia de la línea. ¿Cómo se puede averiguar a qué valor de resistencia a usar? Usted estimación de la impedancia será durante el diseño y, a continuación, ajuste el valor para minimizar el zumbido durante la TVP.

Ahora, hay algo de sutileza sobre el verdadero significado de 1/10 de la longitud de onda. Para una onda senoidal, esto es sencillo. Para una onda cuadrada, que es la suma de muchos senos, usted debe utilizar la máxima componente de frecuencia como su estimador. Como afinar las esquinas de la plaza, con una rápida velocidad de respuesta, aumentar la frecuencia de la forma más rápida sine competente.

Lo que esto significa es que, para una señal digital, la unidad de fuerza afecta directamente a la longitud eléctrica de la línea. Superior de la unidad de fuerza se pueden convertir fácilmente una línea que no suena en que lo hace.

Esto lo aprendí de la manera difícil cuando un proveedor hizo una "mejora" en digital búfer sin decirnos. Este cambio aumentó la velocidad de respuesta, lo que causó anillo de mala manera que la recepción de chip comenzó a latchup. Un consejo que produjo que había estado trabajando muy bien durante años, comenzó de repente al azar el bloqueo de seguridad.

Answer 3

Usted está pidiendo una buena pregunta. En muchas maneras la misma pregunta como esta: ¿Qué tipos de señales que deben ser considerados para tener un 50 Ω seguimiento de impedancia?

No voy a repetir mi respuesta aquí, pero sugiero que vaya a leer ahí. Este debe cubrir la 1).

2) no te preocupes por las huellas que irradia si ejecuta más de un plano de referencia. La preocupación, en cambio, sobre cuando la señal sale de la baja impedancia reino cerca del plano de referencia. Conectores, cables, etc.

3) Use su favorito IBIS simulador para encontrar esto. Y es importante para la terminación. La mayoría son de 10-25R gama - pero usted puede incluso encontrar algunos que son asimétricas, de modo que el lado de alta y el lado de baja salida de Fet no le dan la misma impedancia.

Answer 4

1) ¿existen directrices tan lejos como para rastrear longitud vs frecuencia? Supongo que ~3 pulgadas huellas están bien con 20MHz (15 metros), pero lo que es el caso general?

Dimensiones > 1/10 de la longitud de onda de la frecuencia más alta o armónico. Eso no significa que el circuito va a dejar de trabajar en 2/10 longitud de onda. Depende de la sensibilidad del circuito.

2) Como frecuencias aumentan, cómo evitar largas trazas de radiación? Son striplines y coaxial el camino a seguir?

Hay diferentes reglas de oro dependiendo de lo que a usted le preocupa la traza de radiar. Un circuito de RF se irradia siempre. Imagen de la señal que está siendo guiado por el rastro, no existe dentro de la traza. La señal en una traza, puede saltar a otra traza si están lo suficientemente cerca. La mayoría de la gente llame a este acoplamiento. Para minimizar el acoplamiento, separar las trazas de al menos 2*(distancia al plano de referencia). Una pared de vias puede ser utilizado para asegurar que dos huellas están aislados unos de otros.

Hay algunas reglas de oro para minimizar rastro irradia fuera del circuito y se va a otra parte. - Asegúrese de que todos los rastros terminado en algo. Una de 1/4 de onda de seguimiento hace que una antena decente, si un extremo está abierto. - Evitar discontinuidades. Creo que de una traza como una carretera. Si vas 70 mph y golpeó a un 90deg su vez, no vas a ser capaz de seguir el camino. Lo mismo ocurre con las señales de alta frecuencia.

Si una señal no irradien desde un circuito, puede ser contenida con una carcasa de metal o absorbida. Stripline y coaxial ambos han de metal que contienen señales de RF. Juntas sin una sólida parte superior de la capa de metal son generalmente cubierto con una carcasa de metal. La distancia desde la junta de la carcasa de metal es generalmente de menos de 1/2 de la longitud de onda para atenuar radiada las señales y evitar otras cosas extrañas desde sucediendo. Usted también puede comprar los materiales diseñados para absorber las señales de RF, por lo que no rebotan por todo el lugar.

4) etc. Hay juegos de la diversión que usted puede jugar cambiando el grosor de sus huellas o la distancia a la referencia. Una línea más ancha que efectivamente se ve más corto, pero una fina línea que se ve inductivo y puede ser utilizado para cancelar capacitiva de dispositivos.