文中列舉了設計方案時將會會忽略的難題,討論了每個出錯造成電源電路常見故障的緣故,并得出了如何應對這種設計方案缺點的提議。文中以FR-4電介質、薄厚0.0625in的兩層PCB為例,線路板最底層接地裝置。輸出功率接近315MHz到915MHz中間的不一樣頻率段,Tx和Rx輸出功率接近-120dBm至+13dBm中間。
電感器方位
當2個電感器(乃至是兩根PCB布線)相互挨近時,將會造成互感。第一位電源電路中的電流量所造成的電磁場會對下一個電源電路中的電流量造成鼓勵(圖1)。這一全過程與變電器初中級、次級線圈中間的相互關系相近。當2個電流量根據電磁場相互作用力時,所造成的工作電壓由互感LM決策:
上式中,YB是向電源電路B引入的偏差工作電壓,IA是功效于電源電路A的電流量。LM對電源電路間隔、電感器環路總面積(即磁通量)及其環路方位十分比較敏感。因而,恰當排序全部電感器的方位能夠在緊湊型電源電路合理布局和減少藕合中間獲得最好均衡。
圖1:磁感線
由圖1的磁感線能夠看得出互感與電感器排序方位相關。
若想使電源電路B的電流量環路平行面于電源電路A的磁感線,需要對電源電路B的方位開展調節,盡可能使2個電源電路的電感器相互之間豎直。
圖2:二種不一樣的PCB合理布局
圖2中圖示為二種不一樣的PCB合理布局,在其中這種合理布局的元器件排序方位不科學(L1和L3),另這種的方位排序則更加適合。
應遵循原則
電感器間隔應盡量遠;電感器排序方位成斜角,使電感器中間的串擾降到最少。
導線藕合
好似電感器排序方位會危害電磁場藕合相同,假如導線相互過度挨近,也會危害藕合。這類合理布局難題也會造成說白了的互感。RF電源電路最關注難題之一即是系統軟件比較敏感構件的布線,比如鍵入配對互聯網、信號接收器的串聯諧振槽路、發送器的無線天線配對互聯網等。
回到電流量通道須盡量挨近主電流量安全通道,將輻射源電磁場降到最少。這類合理布局有利于減少電流量環路總面積?;氐诫娏髁康睦硐牖妥柰ǖ酪话闶菍Ь€正下方的接地裝置地區,將要環路總面積合理限定在電介質薄厚乘于導線長短的地區??墒?,假如接地裝置地區被切分開,則會擴大環路總面積(圖3)。針對越過切分地區的導線,回到電流量將被強制性根據高阻通道,進一步提高了電流量環路總面積。這類合理布局還使電源電路導線更非常容易受互感的危害。圖3:詳細的大規模接地裝置有利于改進系統軟件特性
針對1個具體電感器,導線方位對電磁場藕合的危害也挺大。假如比較敏感電源電路的導線務必相互挨近,最好是將導線方位豎直排序,以減少藕合(圖4)。假如沒法保證豎直排序,則可考慮到應用維護線。圖4:將會存有的磁感線藕合
應遵循原則
導線正下方應確保詳細接地裝置;比較敏感導線應豎直排序;假如導線務必平行面排序,須保證充足的間隔或選用維護線。
接地裝置過孔
RF電源電路合理布局的關鍵難題一般是電源電路的特點特性阻抗不理想化,包含電源電路元器件及互連方法。導線覆銅層較薄時,就相當于電感器線,會與相鄰的其他導線產生接觸電阻。導線越過過孔時,也會主要表現出電感器和電容器特點。
過孔電容器關鍵于過孔焊盤側的覆銅與地質構造覆銅中間組成的電容器,他們中間由1個非常小的圓環圖分隔。另一個1個危害于金屬材料過孔自身 的圓柱體。寄生電容的危害通常較小,一般總是導致髙速模擬信號的邊緣越差。
過孔的較大危害是相對的互連方法所造成的內寄生電感器。由于RF?PCB設計方案中,大部分金屬材料過孔規格與集總元器件的規格同樣,可運用簡易的關系式估計電源電路過孔的危害(圖5):上式中,LVIA為過孔的集總電感器;h為過孔高寬比,企業為英尺;d為過孔直徑,企業為英尺。圖5:PCB截面用以估計造成內寄生危害的過孔構造
內寄生電感器通常對旁路電容的聯接危害挺大。理想化的旁路電容在電源層與地質構造中間出示高頻率短路故障,可是,非理想化過孔則會危害地質構造和電源層中間的低感通道。典型性的PCB過孔(d=10mil、h=62.5mil)大概等效于1個1.34nH電感器。
假如比較敏感電源電路同用過孔,比如π型互聯網的2個臂,則會造成其他難題。例如,置放1個等效于集總電感器的理想化過孔,等效電路原理圖則與原電路原理有挺大差別(圖6)。與同用電流量通道的串擾相同,造成互感擴大,增加串擾和饋通。圖6:理想化構架和非理想化構架
圖6為理想化構架和非理想化構架較為,電源電路中存有潛在性的“信號通路”。
應遵循原則
保證對敏感區的過孔電感器模型;濾波器或配對互聯網選用單獨過孔;較薄的PCB覆銅會減少過孔內寄生電感器的危害。
接地裝置與添充
接地裝置或電源層界定了1個公共性參照工作電壓,根據低阻通道為系統軟件的全部構件供電系統。依照這類方法平衡全部靜電場,造成優良的屏蔽掉體制。
交流電流一直趨向于順著低阻通道商品流通。同樣,高頻率電流量都是優先選擇穿過最少電阻器的通道。因此,針對地質構造上邊的規范PCB微帶線,回到電流量嘗試注入導線下方的接地裝置地區。依照所述導線藕合一部分上述,鋸斷的接地裝置地區會導入各種各樣噪音,從而根據電磁場藕合或聚集電流量而擴大串擾(圖7)。圖7:盡量維持地質構造詳細,不然回到電流量會造成串擾
添充地也稱之為維護線,一般將其用以電源電路中沒辦法鋪裝持續接地裝置地區或必須屏蔽掉比較敏感電源電路的設計方案中(圖8)。根據在導線兩邊,或是是沿岸置放接地裝置過孔(即過孔列陣),擴大屏蔽效應。請不必將維護線與設計方案用于出示回到電流量通道的導線相混和,那樣的合理布局會導入串擾。?圖8:RF控制系統設計中須防止覆銅心線懸空,非常是必須鋪裝銅皮的狀況下
覆銅地區不接地裝置(懸空)或僅在一邊接地裝置時,會牽制其實效性。一些狀況下,它會產生寄生電容,更改周邊走線的特性阻抗或在電源電路中間造成“潛在性”通道,進而導致不良影響危害。簡單點來說,假如在線路板上鋪裝一塊兒覆銅(非電源電路數據信號布線)來保證相同的電鍍工藝薄厚,覆銅地區應防止懸空,由于他們會危害電路原理。
最終,保證考慮到無線天線周邊一切接地裝置地區的危害。一切單極無線天線都將接地裝置地區、布線和過孔做為系統軟件平衡的部分,非理想化平衡走線會危害無線天線的輻射效率和方位(輻射源模版)。因而,不可將接地裝置地區立即置放在單極PCB導線無線天線的正下方。
應遵循原則
盡可能出示持續、低阻的接地裝置地區;添充線的兩邊接地裝置,并盡可能選用過孔列陣;RF電源電路周邊不必將覆銅心線懸空,RF電源電路周邊不必鋪裝銅皮;假如線路板包含好幾個地質構造,電源線從一邊過多到另一邊時,最好是鋪裝1個接地裝置過孔。
責任編輯;zl
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