Mit der Entwicklung der Kommunikationstechnologie haben drahtlose Hochfrequenz‑ (RF-) Schaltungen zunehmend breite Anwendung gefunden, etwa in den Bereichen Mobiltelefone und Bluetooth‑Produkte, und RF‑Schaltungen sind zur Kerntechnologie der Funkübertragung geworden. In den letzten Jahren jedoch haben die allmähliche Verbreitung von 4G und der deutliche Anstieg der Größenordnung der Datenübertragung zu Herausforderungen für das PCB‑Design von RF‑Schaltungen geführt. Schließlich ist die Anzahl der übertragenen Signale durchHF-Schaltungeskaliert jeden Tag um ein Vielfaches. Da HF-Schaltungen hauptsächlich in tragbaren Geräten eingesetzt werden, die sich durch geringe Größe und Portabilität auszeichnen, besteht die grundlegende Anforderung an die gesamte Schaltung in einem kleinen Volumen, einer gleichmäßigen und sinnvollen Leitungsführung sowie in der Vermeidung von gegenseitigen Störungen zwischen Mikrokomponenten. Dennoch scheint es unvermeidlich zu sein, dass elektromagnetische Störungen zwischen den Komponenten in Mobiltelefonen auftreten. Keine Sorge. Durch bestimmte Maßnahmen lässt sich der Einfluss elektromagnetischer Störungen wirksam verringern. Dieser Artikel stellt ein sinnvolles PCB-Design für HF-Schaltungen vor, dessen Merkmale ein kleines Volumen und eine ausgeprägte Störfestigkeit sind.
Auswahl des Substratmaterials
Da einige ICs (integrierte Schaltungen) auf einem Substrat implementiert werden, muss zunächst ein geeignetes Substrat für die HF-Schaltung als Träger der elektronischen Bauelemente ausgewählt werden. Hinsichtlich der Auswahl vonSubstratmaterialZu den ersten zu berücksichtigenden Elementen gehören die Dielektrizitätskonstante, der dielektrische Verlust und der Wärmeausdehnungskoeffizient, wobei die Dielektrizitätskonstante am bedeutendsten ist, da sie den Wellenwiderstand und die Übertragungsgeschwindigkeit der Schaltung stark beeinflusst, insbesondere bei Schaltungen mit extrem hohen Frequenzen, die strenge Anforderungen an die Dielektrizitätskonstante stellen. Daher gilt im Allgemeinen die Regel, ein Substratmaterial mit einer relativ kleinen Dielektrizitätskonstante zu wählen.
Verfahren für das PCB-Design
• Entwurf des schematischen Diagramms
Der erste Schritt des PCB-Designs besteht darin, den Schaltplan zu entwerfen, was mit Unterstützung von Computern abgeschlossen werden muss. Die Gestaltung des Schaltplans wird umgesetzt durchPCB-Design-Softwaredie alle elektronischen Analogkomponenten enthält. Zunächst wird der Schaltplan entworfen, indem die reale Schaltung am Computer simuliert wird. Anschließend muss der Schaltplan mit den entsprechenden Bauteilen verbunden werden. Danach wird die Betriebssimulation auf Grundlage des Schaltplans durchgeführt, um die Durchführbarkeit des grundlegenden Betriebs zu bestimmen.
• PCB-Design
Nach dem Entwurf des Schaltplans können Muster und Größe der Leiterplatte (PCB) auf wissenschaftliche Weise auf Grundlage des Schaltplans festgelegt werden. Das Muster und die Größe der Leiterplatte können entsprechend der Position, den Abmessungen, dem Layout und anderen Parametern optimiert werden, um die Gesamtleistung des Systems zu maximieren. In diesem Prozess ist es notwendig, die Positionen von Befestigungsbohrungen, Passermarken und Referenzbohrungen zu bestimmen.
Lokalisieren Sie alle erforderlichen Komponenten. Gewöhnliche Komponenten sind im Lager leicht zu finden. Wenn Komponenten im Lager nicht verfügbar sind, ist es notwendig, sie zu beschaffen oder herzustellen.PCBCartverfügt über ein professionelles und stabiles System zur Komponentenbeschaffung, auf das sich die Kunden verlassen können. Anschließend müssen die Komponenten verteilt und die Leiterbahnen um sie herum implementiert werden. Der letzte Schritt besteht darin, den Betrieb der Schaltung zu überprüfen, um sicherzustellen, dass die Leistung der Schaltung die Anforderungen erfüllen kann und der Betrieb der Schaltung im Wesentlichen stabil ist.
Komponentenlayout
Anders als gewöhnlichKomponentenlayoutDa alle Komponenten in HF-Schaltungen aufgrund des kleinen Maßstabs der Schaltung sehr klein sind, werden für das Bauteillayout SMT (Surface-Mount-Technologie) und für das Löten der mikroelektronischen Bauteile Infrarot-Reflow-Öfen eingesetzt. Das Löten ist ein wichtiger Abschnitt im HF-Schaltungsdesign, dessen Qualität die Gesamtqualität der gesamten Schaltung direkt beeinflusst. Für die Leiterplatte (PCB) einer HF-Schaltung muss eine hervorragende elektromagnetische Verträglichkeit zwischen den elektronischen Bauteilen hergestellt werden, was das wichtigste zu berücksichtigende Element ist. Die elektromagnetische Strahlung zwischen verschiedenen elektronischen Bauteilen beeinflusst den unabhängigen Betrieb jedes einzelnen elektronischen Bauteils, daher ist es notwendig, zunächst Bauteile mit einer hohen Störfestigkeit auszuwählen.
Darüber hinaus neigt im Verlauf des gesamten Betriebs des Stromkreises der Strom im Stromkreis dazu, zur Erzeugung eines Magnetfeldes zu führen. Daher muss aus der Perspektive von HF-Schaltungen neben der Betrachtung der gegenseitigen Beeinflussung von Bauteilen auch die elektromagnetische Störung der Schaltung auf andere Schaltungen berücksichtigt werden. Das makroskopische Schaltungslayout ist dabei äußerst kritisch, und die folgenden grundlegenden Layoutprinzipien für Schaltungen können als Referenz dienen.
Zunächst sollten die Bauteile in einer Reihe angeordnet werden. Die Festlegung der Laufrichtung des Leiterplatten-Einlötzinn-Systems wird angewendet, um Probleme durch unzureichende Lötverbindungen zu verringern. Im Allgemeinen sollte der Abstand zwischen den Bauteilen 0,5 mm oder mehr betragen, damit das Verzinnen zwischen den Bauteilen durchgeführt werden kann. Andernfalls kann aufgrund des geringen Abstands zwischen den Bauteilen kein Löten erfolgen.
Zweitens müssen alle Schnittstellen im Leiterplattensystem miteinander kompatibel sein. Sowohl die Positionen, Abmessungen als auch die Form der Bauteilschnittstellen müssen berücksichtigt werden, um eine reibungslose Verbindung zwischen ihnen zu gewährleisten. Die Komplexität der Schaltung führt unvermeidlich zu Potentialunterschieden zwischen den Stromkreisen. Aufgrund des geringen Abstands zwischen diesen Potentialunterschieden treten häufig Kurzschlüsse auf. Daher sollten Bauteile mit hoher elektrischer Spannung nicht zu nah beieinander platziert werden, um das Auftreten von Kurzschlüssen zu vermeiden. In Umgebungen mit hoher Spannung ist besondere Aufmerksamkeit erforderlich.
Schließlich muss die Schaltungsstruktur als Ganzes sorgfältig betrachtet werden, und die Schaltung muss in separate Module unterteilt werden, von denen jedes viele elektronische Bauteile enthält. Die Bauteile sollten entsprechend den verschiedenen Modulen verteilt werden. Beispielsweise sollten Hochfrequenzverstärkerschaltungen oder Mischerschaltungen im Layoutprozess zusammen platziert werden, sodass die Leiterschleifenfläche wirksam verringert werden kann und damit auch der Stromverbrauch der Schaltung und die elektromagnetische Strahlung. Darüber hinaus lässt sich so die gegenseitige Beeinflussung zwischen den verschiedenen Modulen verhindern.
Routing
Das Routing wird nach der grundlegenden Layoutgestaltung durchgeführt und in Detailrouting und Gesamtrouting unterteilt. Ersteres bezieht sich auf das Routing innerhalb verschiedener Module der Schaltung. Obwohl Detailrouting im IC-Design stattfinden kann, wird das vorläufige Detailrouting vor der Beschaffung der Bauteile abgeschlossen. Manchmal sind nur geringfügige Änderungen erforderlich.
Die Gesamtroutenführung bezieht sich auf die gegenseitige Verbindung zwischen verschiedenen Modulen oder auf die Netzroutenführung zwischen der Stromversorgung und den einzelnen Modulen. Einige Aspekte müssen im Prozess der Gesamtroutenführung berücksichtigt werden. Aufgrund der besonderen Positionierung und der unterschiedlichen Abstände zwischen den Modulen entstehen zahlreiche Einschränkungen. Wenn jedes Modul als ein Punkt betrachtet und die Verbindung zwischen den Punkten festgelegt wird, kann der beste Plan mit der kürzesten Leitungsführung erstellt werden, um Materialkosten zu sparen und die Schaltung einfach und übersichtlich aussehen zu lassen.
