Kemunduran dan Solusi dalam Desain PCB RF
Banyak ketidakpastian tersedia pada desain RF (frekuensi radio) PCB (papan sirkuit tercetak) yang oleh karena itu digambarkan sebagai "seni hitam". Secara umum, ketika menyangkut sirkuit pada frekuensi di bawah gelombang mikro (termasuk sirkuit digital frekuensi rendah dan frekuensi rendah), tata letak yang cermat adalah jaminan keberhasilan pertama kali dalam desain sirkuit dengan semua prinsip desain yang dikuasai. Ketika datang ke frekuensi di atas gelombang mikro dan sirkuit digital tingkat PC frekuensi tinggi, bagaimanapun, dua hingga tiga versi PCB mampu memastikan kualitas sirkuit. Sejauh menyangkut sirkuit RF pada frekuensi di atas gelombang mikro, bagaimanapun, lebih banyak versi desain PCB diperlukan untuk peningkatan yang konstan. Oleh karena itu, banyak kesulitan yang pasti akan ditemui selama desain sirkuit RF.
Masalah Yang Paling Sering Dilihat dalam Desain Sirkuit RF
• Interferensi antara Modul Sirkuit Digital dan Modul Sirkuit Analog
Ketika sirkuit analog (sirkuit RF) dan sirkuit digital bekerja secara independen, kemungkinan besar mereka dapat bekerja dengan sempurna. Tetapi segera setelah mereka digabungkan bersama pada papan sirkuit yang sama dengan catu daya yang sama bergantung, seluruh sistem mungkin akan menjadi tidak stabil karena sinyal digital sering berayun antara ground dan catu daya positif (>3V) dan periode akan sangat pendek pada skala nanodetik. Karena amplitudo yang lebih besar dan waktu switching yang lebih pendek, semua sinyal digital akan mengandung elemen frekuensi tinggi yang independen terhadap frekuensi switching. Di bagian analog, tegangan biasanya kurang dari 1μV dari loop penyetelan radio ke penerima peralatan radio. Oleh karena itu, perbedaan antara sinyal radio tuning loop dan RF bisa mencapai 120dB. Jelas, jika sinyal digital dan sinyal RF gagal dipisahkan dengan rapi, sinyal RF yang lemah mungkin akan rusak. Akibatnya, kemampuan kerja peralatan radio akan menurun atau bahkan tidak berfungsi.
• Gangguan Kebisingan Catu Daya
Sirkuit RF cukup sensitif terhadap noise, yang terutama berlaku untuk tegangan glitch dan gelombang harmonik frekuensi tinggi lainnya. Mikrokontroler tiba-tiba akan menyerap sebagian besar arus dalam setiap periode clock internal, karena semua mikrokontroler modern dibuat dengan penerapan teknik CMOS. Oleh karena itu, anggaplah bahwa mikrokontroler berjalan pada frekuensi clock internal 1MHz dan kemudian akan mengekstrak arus dari catu daya pada frekuensi tersebut. Jika pemutusan daya yang sesuai tidak diterapkan, kesalahan tegangan akan muncul pada saluran listrik. Ketika gangguan tegangan tiba di pin daya sirkuit RF, kegagalan mungkin akan terjadi jika serius.
• GND yang tidak masuk akal
Jika GND disetel secara tidak wajar untuk rangkaian RF, beberapa hasil aneh dapat dihasilkan. Ketika datang ke desain sirkuit digital, bahkan jika GND tidak tersedia, sebagian besar fungsi sirkuit digital mampu diimplementasikan dengan sangat baik. Sejauh menyangkut RF, bagaimanapun, bahkan garis tanah yang pendek akan memainkan peran yang setara sebagai induktor. Diketahui bahwa induktansi dengan 1nH kompatibel dengan panjang 1mm, berdasarkan yang secara kasar dapat diketahui bahwa reaktansi induktif dari PCB dengan panjang 10mm harus sekitar 27Ω. Jika GND tidak diterapkan, sebagian besar saluran arde akan sangat panjang sehingga sirkuit gagal menampilkan karakteristik berdasarkan desain.
• Interferensi Radiasi oleh Antena pada Sirkuit Analog Lainnya
Dalam desain tata letak PCB, sirkuit analog lainnya juga tersedia di papan. Sebagai contoh, banyak rangkaian yang mengandung analog-digital converter (ADC) atau digital-analog converter (DAC). Sinyal frekuensi tinggi yang ditransmisikan oleh pemancar RF mungkin tiba di terminal input analog ADC karena jalur sirkuit mana pun akan mengirimkan atau menerima sinyal RF seperti halnya antena. Jika terminal input ADC diproses secara tidak tepat, sinyal RF mungkin akan tereksitasi sendiri dalam dioda ESD dari input ADC, yang kemudian menimbulkan deviasi ADC.
Prinsip dan Skema Desain Sirkuit RF
• Definisi Tata Letak RF
Karena tata letak RF dirancang, prinsip umum berikut harus dipenuhi terlebih dahulu:
① Amplifier daya tinggi (HPA) dan penguat kebisingan rendah (LNA) harus dipisahkan sedapat mungkin. Secara singkat, sirkuit transmisi RF frekuensi tinggi ditempatkan jauh dari sirkuit penerima RF frekuensi rendah.
② Setidaknya ground yang lengkap harus tersedia di area frekuensi tinggi pada papan PCB dan sebaiknya tidak ada lubang tembus tempat itu. Area foil tembaga yang lebih besar, semakin baik.
③ Ini sama signifikannya dengan sirkuit dan daya untuk melalui decoupling.
④ Output RF harus jauh dari input RF.
⑤ Sinyal analog sensitif harus berada sejauh mungkin dari sinyal digital dan sinyal RF berkecepatan tinggi.
• Prinsip Desain Partisi Fisik dan Partisi Listrik
Partisi dapat diklasifikasikan menjadi partisi fisik dan partisi listrik. Yang pertama terutama berkaitan dengan tata letak komponen, orientasi, dan pelindung, sedangkan yang kedua dapat diklasifikasikan lebih lanjut ke dalam distribusi daya, perutean RF, sirkuit sensitif, sinyal, dan partisi arde.
sebuah. Prinsip Partisi Fisik
Prinsip tata letak komponen. Tata letak komponen memainkan peran penting dalam berkontribusi pada desain RF yang berkinerja baik. Teknologi yang paling efektif adalah pertama-tama memperbaiki komponen yang ditempatkan di sepanjang jalur RF dan mengubah orientasinya sehingga jalur RF dapat diminimalkan dengan input yang jauh dari output dan sirkuit daya tinggi dan sirkuit daya rendah dipisahkan sebanyak mungkin.
Prinsip desain laminasi PCB. Metode laminasi sirkuit yang paling efisien adalah dengan mengatur bidang tanah utama pada lapisan kedua di bawah bidang pertama dan mengatur jejak RF pada bidang pertama. Ukuran lubang tembus pada jalur RF harus dikurangi seminimal mungkin, yang dapat mengurangi induktansi jalur dan mengurangi jumlah sambungan solder dingin di tanah utama. Selain itu, lebih sedikit energi RF yang akan bocor ke area lain dalam laminasi.
Komponen RF dan prinsip penelusuran RF. Dalam ruang fisik, sirkuit linier seperti amplifier multi-tahap mampu memisahkan semua area RF tetapi duplexer, mixer, dan amplifier/mixer frekuensi menengah sering menyebabkan interferensi timbal balik antara beberapa sinyal RF/IF. Oleh karena itu, jenis pengaruh ini harus diminimalkan dengan hati-hati. Jejak RF/IF harus dilintasi dan tanah harus ditinggalkan di antara mereka. Jalur RF yang benar cukup penting untuk kinerja PCB, itulah sebabnya tata letak komponen menghabiskan sebagian besar waktu dalam desain PCB ponsel.
b. Prinsip Partisi Listrik
Prinsip transmisi daya. DC di sebagian besar sirkuit ponsel biasanya cukup rendah sehingga lebar jejak tidak perlu dipertimbangkan dengan cermat. Namun, jejak dengan arus besar yang lebarnya selebar mungkin harus dirancang secara independen untuk catu daya penguat daya tinggi untuk mengurangi tegangan yang ditransmisikan seminimal mungkin. Untuk menghindari kehilangan arus yang terlalu banyak, beberapa lubang tembus harus diterapkan untuk mengirimkan arus dari satu bidang ke bidang lainnya.
Pemisahan daya perangkat berdaya tinggi. Jika kopling lengkap gagal dicapai pada pin daya penguat daya tinggi, kebisingan daya tinggi akan terpancar ke seluruh papan dengan banyak masalah yang dihasilkan. Pengardean amplifier daya tinggi sangat penting dan penutup pelindung logam biasanya diperlukan untuk desainnya.
Prinsip pemisahan input/output RF. Untuk sebagian besar situasi, sama pentingnya untuk menjamin bahwa output RF jauh dari input RF, yang juga berfungsi untuk amplifier, bumper, dan filter. Dalam situasi yang lebih buruk, jika input amplifier dan bumper dikembalikan ke terminal inputnya pada fase dan amplitudo yang sesuai, getaran self-excited dapat terjadi. Dalam situasi terbaik, mereka akan dapat bekerja secara stabil pada suhu dan tegangan apa pun. Faktanya, mereka mungkin menjadi tidak stabil dan menambahkan noise dan sinyal intermodulasi ke sinyal RF.
Secara keseluruhan, sirkuit RF menampilkan efek kulit dan efek kopling karena sirkuit parameter terdistribusi, yang membuatnya berbeda dari sirkuit frekuensi rendah dan DC. Oleh karena itu, masalah yang dibahas di atas harus ditekankan secara khusus selama desain PCB sirkuit RF sehingga desain sirkuit dapat efektif dan akurat.
Sumber Daya Bermanfaat
• Pedoman untuk Desain PCB RF dan Microwave
• Desain PCB untuk Sirkuit Frekuensi Radio dan Kompatibilitas Elektromagnetik
• PCBCart menawarkan layanan fabrikasi PCB Frekuensi Radio
