PCB 설계는 어떤 주파수에서 까다 롭습니까?

가장 높은 주파수의 부품이 마이크로 컨트롤러의 수정 발진기 인 많은 혼합 신호 PCB를 설계했습니다. 나는 짧은 트레이스, 그라운드 플레인, 디커플링 캡, 가드 링, 차폐 트레이스 등 표준 모범 사례를 이해합니다.

또한 2.4GHz 및 ~ 6.5GHz 초 광대역에서 몇 개의 RF 회로를 구성했습니다. 특성 임피던스, 그라운드 스티칭, 평형 대 비평 형 RF 공급 라인 및 임피던스 정합에 대한 실무 지식이 있습니다. 저는 항상 RF 엔지니어와 계약을 맺어 이러한 설계를 분석하고 미세 조정했습니다.

내가 이해하지 못하는 것은 한 영역이 다음 영역으로 넘어 가기 시작하는 곳입니다. 현재 프로젝트에는 4 개의 장치간에 20MHz SPI 버스가 공유되어있어이 질문에 답할 수 있습니다. 그러나 나는 정말로 일반적인 지침을 찾고 있습니다.

1. 추적 길이와 주파수에 대한 지침이 있습니까? ~ 3 인치 트레이스가 20MHz (15 미터)에서는 괜찮다고 가정하지만 일반적인 경우는 무엇입니까?

2. 주파수가 증가함에 따라 긴 흔적이 방사되는 것을 방지하는 방법은 무엇입니까? 스트립 라인과 동축이가는 길이 있습니까?

3. 어쨌든 전형적인 마이크로 컨트롤러 출력단의 RF 특성 임피던스는 무엇입니까?

4. 기타

내가 누락 된 것을 말해주십시오 :)

1. 추적 길이와 주파수에 대한 지침이 있습니까? ~ 3 인치 트레이스가 20MHz (15 미터)에서는 괜찮다고 가정하지만 일반적인 경우는 무엇입니까?

내 작업에서 지침은 트레이스의 전기 길이가 1/10 파장보다 길면 전송선으로 취급해야한다는 것입니다. 최소한 이것은 라인의 임피던스와 일치하는 저항으로 종단해야 함을 의미합니다. 사용할 저항 값을 어떻게 알 수 있습니까? 설계 중에 임피던스가 무엇인지 추정 한 다음 DVT 중에 울림을 최소화하도록 값을 조정합니다.

1/10 파장의 진정한 의미에 대해서는 미묘한 부분이 있습니다. 사인파의 경우 이것은 간단합니다. 많은 사인의 합인 구형파의 경우, 추정기로 최고 주파수 성분을 사용해야합니다. 더 빠른 슬 루율로 사각형의 모서리를 선명하게하면 가장 빠른 정현파의 주파수를 증가시킵니다.

이것이 의미하는 것은 디지털 신호의 경우 구동 강도가 라인의 전기 길이에 직접 영향을 미칩니다. 높은 구동 강도는 울리지 않는 라인을 쉽게 만들 수 있습니다.

나는 공급 업체가 우리에게 알리지 않고 디지털 버퍼에 대한 "개선"을 할 때 어려운 방법을 배웠습니다. 이 변경으로 인해 슬 루율이 증가하여 링이 나빠 수신 칩이 래칭되기 시작했습니다. 우리가 몇 년 동안 잘 작동했던 보드는 갑자기 무작위로 잠그기 시작했습니다.

1. 트레이스 길이 대 주파수-IC와 다른 IC간에 데이터 나 반송파를 전송하기위한 지침은 상당히 관대합니다. 상당한 양으로 생성 될 수있는 최대 주파수 (사각 파의 경우 최대 몇 개의 고조파)는 제한 요소이며, 트레이스 길이가 파장의 "보다 작음"인 경우에는 필요하지 않습니다. 터미네이터로 작동합니다. 약간 더 긴 트레이스 길이에서도 수십 pF와 50ohm의 직렬 조합으로 종단 할 수 있습니다. 이를 통해 로직 라인에서 직접 50ohm 터미네이터의 문제를 피할 수 있습니다. 예를 들어 다른 회로의 경우 "규칙"이 더 엄격하므로 포토 다이오드 증폭기의 3dB 대역폭은 1GHz (파장 = 0) 일 수 있습니다. 3m) 그리고 10 분의 1은 30mm가 될 것입니다-광 다이오드 증폭기에 대한 입력에서 완전히 비극적 인 추적 길이이며 또한 라인의 인덕턴스는 작동하려고 할 때 모든 종류의 숨겨진 놀라움을 일으킬 것입니다. 따라서 수행하려는 작업에 따라 규칙이 변경됩니다.

그래서 저는 여기서 강력한 디지털 (또는 아날로그) 전송, 포토 다이오드 증폭기와 같은 민감한 / 약한 회로를 구별하고 6.5GHz UWB를 예로 사용합니다. 몇 GHz에 걸쳐 광범위하게 조정되었을 수 있지만 kHz에서 GHz 범위의 선형 증폭기를 만들려고했지만 기생 트랜지스터 커패시턴스로 공명하는 트레이스 길이 인덕턴스에 문제가 생길 수 있으며 때로는 회로 자체 진동을 피하기 위해 매우 작은 트랙에 저항을 배치해야합니다. 당신이 정말로 높은 주파수 (그러나 제한된 대역폭)에서 달성 할 수있는 것에 대한 "라디오 헤드"를 사용하면 DC에서 수 GHz에 이르는 광범위한 대역폭을 통해 기생을 활용할 수는 없습니다. 어쨌든 그것이 나를 위해 팬 아웃하는 경향이 있습니다.

1. 긴 트레이스 방사 방지는 밸런스 트레이스로 수행 할 수 있습니다. 두 EM 필드가 취소되므로 원거리 필드는 0입니다 (올바르게 수행 된 경우). 스트립 라인을 사용하는 것은 기술이며 신호 방사를 멈추지 않습니다. 물론 동축은 균형 잡힌 스트립 라인도 마찬가지입니다.
2. 마이크로 출력 임피던스는 많은 예제에서 생각하는 것과 관련이 없습니다. 100MHz에서 10 옴이라고 가정하십시오. 출력은 50ohm 스트립 라인 (또는 동축)으로 내려 가고 수신단에서 종단을 제공하는 것이 적절합니다. 최소화됩니다. 대학에서 그들은 출력을 임피던스로 제어해야하지만 실제로는 그렇지 않다고 말합니다.

좋은 질문을하고 있습니다. 여러 가지면에서이 질문과 같은 질문이 있습니다. 어떤 유형의 신호가 50Ω 트레이스 임피던스로 간주되어야합니까?

나는 내 대답을 반복하지 않지만 거기에서 읽으라고 제안합니다. 이것은 1)을 포함해야합니다.

2) 참조 평면 위로 뛰더라도 흔적이 방사되는 것을 걱정하지 마십시오. 신호가 기준면 근처에서 저임피던스 영역을 벗어날 때 걱정하십시오. 커넥터, 케이블 등

3) 좋아하는 IBIS 시뮬레이터를 사용하여 찾으십시오. 그리고 종료에 중요합니다. 대부분 10-25R 범위에 있지만 비대칭적인 것을 발견 할 수도 있으므로 하이 사이드 및 로우 사이드 출력 FET는 동일한 임피던스를 제공하지 않습니다.

1) 트레이스 길이와 주파수에 대한 지침이 있습니까? ~ 3 인치 트레이스가 20MHz (15 미터)에서는 괜찮다고 가정하지만 일반적인 경우는 무엇입니까?

최대 주파수 또는 고조파의 치수> 1/10 파장. 그렇다고 회로가 2/10 파장에서 작동을 멈추는 것은 아닙니다. 회로가 얼마나 민감한 지에 달려 있습니다.

2) 주파수가 증가함에 따라 긴 흔적이 방사되는 것을 방지하는 방법은 무엇입니까? 스트립 라인과 동축이가는 길이 있습니까?

트레이스가 방출 될 우려에 따라 다른 규칙이 있습니다. RF 회로는 항상 방사합니다. 트레이스 내부에 존재하지 않는 트레이스로 안내되는 신호를 그림으로 표시하십시오. 한 트레이스의 신호가 충분히 가까이 있으면 다른 트레이스로 넘어갈 수 있습니다. 대부분의 사람들은이 커플 링을 호출합니다. 커플 링을 최소화하려면 트레이스를 2 * (기준면까지의 거리) 이상 분리하십시오. 비아 벽을 사용하여 두 개의 트레이스가 서로 분리되도록 할 수 있습니다.

트레이스가 트레이스에서 방출되어 다른 곳으로가는 양을 최소화하기위한 몇 가지 규칙이 있습니다. -모든 흔적이 무언가로 종결되었는지 확인하십시오. 한쪽 끝이 개방형이면 1/4 웨이브 트레이스가 적절한 안테나를 만듭니다. -불연속을 피하십시오. 흔적을 고속도로로 생각하십시오. 70mph를 달리고 90도 회전하면 길을 따라갈 수 없습니다. 고주파 신호에서도 마찬가지입니다.

신호가 회로에서 방출되면 금속 인클로저에 포함되거나 흡수 될 수 있습니다. 스트립 라인과 동축에는 모두 RF 신호를 포함하는 금속이 있습니다. 상단 금속층이없는 보드는 일반적으로 금속 인클로저로 덮여 있습니다. 보드에서 금속 인클로저까지의 거리는 일반적으로 복사 된 신호를 약화시키고 다른 이상한 일이 발생하지 않도록 1/2 파장 미만으로 만들어집니다. 또한 RF 신호를 흡수하도록 설계된 재료를 구매할 수 있으므로 모든 곳에서 튀지 않습니다.

4) 등. 트레이스의 두께 나 거리를 기준으로 변경하여 플레이 할 수있는 재미있는 게임이 있습니다. 넓은 선은 효과적으로 짧아 보이지만 좁은 선은 유도 적으로 보이고 용량 성 장치를 취소하는 데 사용할 수 있습니다.