PCB 方案设计上将会忽略的难点总结

出处:维库电子市场网 发布于:2019-09-26 13:50:39 | 222 次阅读

  文中列举了设计方案时将会会忽略的难题,讨论了每个出错造成电源电路常见故障的缘故,并得出了如何应对这种设计方案缺点的提议。文中以FR-4电介质、薄厚0.0625in的两层PCB为例,线路板最底层接地装置。输出功率接近315MHz到915MHz中间的不一样频率段,Tx和Rx输出功率接近-120dBm至+13dBm中间。
  电感器方位
  当2个电感器(乃至是两根PCB布线)相互挨近时,将会造成互感。第一位电源电路中的电流量所造成的电磁场会对下一个电源电路中的电流量造成鼓励(图1)。这一全过程与变电器初中级、次级线圈中间的相互关系相近。当2个电流量根据电磁场相互作用力时,所造成的工作电压由互感LM决策:

 

   上式中,YB是向电源电路B引入的偏差工作电压,IA是功效于电源电路A的电流量。LM对电源电路间隔、电感器环路总面积(即磁通量)及其环路方位十分比较敏感。因而,恰当排序全部电感器的方位能够在紧凑型电源电路合理布局和减少藕合中间获得最好均衡。

  图1:磁感线
  由图1的磁感线能够看得出互感与电感器排序方位相关。
  若想使电源电路B的电流量环路平行面于电源电路A的磁感线,需要对电源电路B的方位开展调节,尽可能使2个电源电路的电感器相互之间竖直。

  图2:二种不一样的PCB合理布局
  图2中图示为二种不一样的PCB合理布局,在其中这种合理布局的元器件排序方位不科学(L1和L3),另这种的方位排序则更加适合。
  应遵循原则
  电感器间隔应尽量远;电感器排序方位成斜角,使电感器中间的串扰降到最少。
  导线藕合
  好似电感器排序方位会危害电磁场藕合相同,假如导线相互过度挨近,也会危害藕合。这类合理布局难题也会造成说白了的互感。RF电源电路最关注难题之一即是系统软件比较敏感构件的布线,比如键入配对互联网、信号接收器的串联谐振槽路、发送器的无线天线配对互联网等。
  回到电流量通道须尽量挨近主电流量安全通道,将辐射源电磁场降到最少。这类合理布局有利于减少电流量环路总面积。回到电流量的理想化低阻通道一般是导线正下方的接地装置地区,将要环路总面积合理限定在电介质薄厚乘于导线长短的地区。可是,假如接地装置地区被切分开,则会扩大环路总面积(图3)。针对越过切分地区的导线,回到电流量将被强制性根据高阻通道,进一步提高了电流量环路总面积。这类合理布局还使电源电路导线更非常容易受互感的危害。图3:详细的大规模接地装置有利于改进系统软件特性
  针对1个具体电感器,导线方位对电磁场藕合的危害也挺大。假如比较敏感电源电路的导线务必相互挨近,最好是将导线方位竖直排序,以减少藕合(图4)。假如没法保证竖直排序,则可考虑到应用维护线。图4:将会存有的磁感线藕合
  应遵循原则
  导线正下方应确保详细接地装置;比较敏感导线应竖直排序;假如导线务必平行面排序,须保证充足的间隔或选用维护线。
  接地装置过孔
  RF电源电路合理布局的关键难题一般是电源电路的特点特性阻抗不理想化,包含电源电路元器件及互连方法。导线覆铜层较薄时,就相当于电感器线,会与相邻的其他导线产生接触电阻。导线越过过孔时,也会主要表现出电感器和电容器特点。
  过孔电容器关键于过孔焊盘侧的覆铜与地质构造覆铜中间组成的电容器,他们中间由1个非常小的圆环图分隔。另一个1个危害于金属材料过孔自身 的圆柱体。寄生电容的危害通常较小,一般总是导致髙速模拟信号的边缘越差。
  过孔的较大危害是相对的互连方法所造成的内寄生电感器。由于RF?PCB设计方案中,大部分金属材料过孔规格与集总元器件的规格同样,可运用简易的关系式估计电源电路过孔的危害(图5):上式中,LVIA为过孔的集总电感器;h为过孔高宽比,企业为英尺;d为过孔直徑,企业为英尺。图5:PCB截面用以估计造成内寄生危害的过孔构造
  内寄生电感器通常对旁路电容的联接危害挺大。理想化的旁路电容在电源层与地质构造中间出示高频率短路故障,可是,非理想化过孔则会危害地质构造和电源层中间的低感通道。典型性的PCB过孔(d=10mil、h=62.5mil)大概等效于1个1.34nH电感器。
  假如比较敏感电源电路同用过孔,比如π型互联网的2个臂,则会造成其他难题。例如,置放1个等效于集总电感器的理想化过孔,等效电路原理图则与原电路原理有挺大差别(图6)。与同用电流量通道的串扰相同,造成互感扩大,增加串扰和馈通。图6:理想化构架和非理想化构架
  图6为理想化构架和非理想化构架较为,电源电路中存有潜在性的“信号通路”。
  应遵循原则
  保证对敏感区的过孔电感器模型;滤波器或配对互联网选用单独过孔;较薄的PCB覆铜会减少过孔内寄生电感器的危害。
  接地装置与添充
  接地装置或电源层界定了1个公共性参照工作电压,根据低阻通道为系统软件的全部构件供电系统。依照这类方法平衡全部静电场,造成优良的屏蔽掉体制。
  交流电流一直趋向于顺着低阻通道商品流通。同样,高频率电流量都是优先选择穿过最少电阻器的通道。因此,针对地质构造上边的规范PCB微带线,回到电流量尝试注入导线下方的接地装置地区。依照所述导线藕合一部分上述,锯断的接地装置地区会导入各种各样噪音,从而根据电磁场藕合或聚集电流量而扩大串扰(图7)。图7:尽量维持地质构造详细,不然回到电流量会造成串扰
  添充地也称之为维护线,一般将其用以电源电路中没办法铺装持续接地装置地区或必须屏蔽掉比较敏感电源电路的设计方案中(图8)。根据在导线两边,或是是沿岸置放接地装置过孔(即过孔列阵),扩大屏蔽效应。请不必将维护线与设计方案用于出示回到电流量通道的导线相混和,那样的合理布局会导入串扰。?图8:RF控制系统设计中须防止覆铜心线悬空,非常是必须铺装铜皮的状况下
  覆铜地区不接地装置(悬空)或仅在一边接地装置时,会牵制其实效性。一些状况下,它会产生寄生电容,更改周边走线的特性阻抗或在电源电路中间造成“潜在性”通道,进而导致不良影响危害。简单点来说,假如在线路板上铺装一块儿覆铜(非电源电路数据信号布线)来保证相同的电镀工艺薄厚,覆铜地区应防止悬空,由于他们会危害电路原理。
  最终,保证考虑到无线天线周边一切接地装置地区的危害。一切单极无线天线都将接地装置地区、布线和过孔做为系统软件平衡的部分,非理想化平衡走线会危害无线天线的辐射效率和方位(辐射源模版)。因而,不可将接地装置地区立即置放在单极PCB导线无线天线的正下方。
  应遵循原则
  尽可能出示持续、低阻的接地装置地区;添充线的两边接地装置,并尽可能选用过孔列阵;RF电源电路周边不必将覆铜心线悬空,RF电源电路周边不必铺装铜皮;假如线路板包含好几个地质构造,电源线从一边过多到另一边时,最好是铺装1个接地装置过孔。

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关键词:PCB_方案设计

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