На яких частотах конструкція друкованої плати стає складною?

Я розробив багато друкованих плат із змішаним сигналом, де найбільш частотним компонентом є сам кристалічний генератор мікроконтролера. Я розумію стандартні найкращі практики: короткі сліди, основні літаки, кришки роз'єднання, захисні кільця, екрануючі сліди тощо.

Я також зібрав кілька радіочастотних мікросхем на частоті 2,4 ГГц і ~ 6,5 ГГц ультра широкій смузі. Я добре розумію характерний опір, зшивання заземлення, врівноважене проти неврівноважених ліній подачі РЧ та відповідність імпедансу. Я завжди домовлявся з інженером РФ, щоб проаналізувати та налагодити ці проекти.

Я не розумію, де одна сфера починає переходити в іншу. У моєму проекті є шина SPI 20 МГц, поділена між чотирма пристроями, що дозволило мені до цього питання. Але я справді шукаю загальних рекомендацій.

1. Чи є вказівки щодо довжини сліду та частоти? Я припускаю, що близько 3-дюймових слідів добре з 20 МГц (15 метрів), але який загальний випадок?

2. З підвищенням частоти, як запобігти випромінюванню довгих слідів? Чи прокладають смуги і придумують шлях?

3. Що таке радіочастотний характеристичний опір типового етапу виходу мікроконтролера?

4. тощо.

Будь ласка, скажіть мені все, що мені не вистачає :)

1. Чи є вказівки щодо довжини сліду та частоти? Я припускаю, що близько 3-дюймових слідів добре з 20 МГц (15 метрів), але який загальний випадок?

На моїй роботі вказівка ​​полягає в тому, що якщо електрична довжина сліду перевищує довжину хвилі 1/10, потрібно ставитися до цього як до лінії електропередачі. Як мінімум, це означає, що ви повинні закінчуватися резистором, відповідним імпедансу лінії. Як ви зрозумієте, яке значення резистора використовувати? Ви оцінюєте, яким буде імпеданс під час проектування, а потім налаштовуєте значення, щоб мінімізувати дзвінок під час DVT.

Тепер тут є деякі тонкощі щодо справжнього значення довжини хвилі 1/10. Для синусоїди це прямо. Для квадратної хвилі, яка є сумою багатьох синусів, ви повинні використовувати компонент найвищої частоти як ваш оцінювач. Коли ви заточуєте кути квадрата з швидшою швидкістю скорочення, ви збільшуєте частоту найшвидшого синуса.

Це означає, що для цифрового сигналу сила приводу безпосередньо впливає на електричну довжину лінії. Більш висока сила приводу може легко перетворити лінію, яка не дзвонить в ту, яка є.

Я дізнався це важким шляхом, коли постачальник зробив «поліпшення» цифрового буфера, не повідомивши нам про це. Ця зміна збільшила швидкість забивання, що спричинило дзвінок настільки погано, що приймальний чіп почав фіксуватися. Дошка, яку ми виробили, яка працювала прекрасно роками, раптом почала випадково замикатися.

1. Довжина сліду від частоти - для надсилання даних або хвиль несучої між одним ІК та іншим, я б сказав, що вказівки досить толерантні. Максимальна частота, яка може бути сформована у значних кількостях (можливо, до декількох гармонік для квадратної хвилі) є обмежуючим фактором, і якщо ваша довжина сліду "менша" однієї десятої довжини хвилі, то вам, ймовірно, не потрібно працювати з термінатором. Навіть при дещо більшій довжині сліду ви можете закінчити комбінацією серій у кілька десятків pF та (скажімо, 50 Ом). Це дозволяє уникнути проблеми термінатора 50 Ом безпосередньо через логічну лінію. Для різних схем "правила" є більш суворими, наприклад, фотодіодний підсилювач може мати пропускну здатність 3dB в 1 ГГц (довжина хвилі = 0. 3 м), а одна десята дорівнює 30 мм - цілком катастрофічна довжина сліду на вході в фотодіодний підсилювач, а також індуктивність лінії призведе до різного роду прихованих сюрпризів при спробі привести її в дію. Тому правила змінюються залежно від того, що ви намагаєтесь зробити.

Тож я тут розрізняю надійну цифрову (або аналогову) передачу, чутливі / слабкі схеми, такі як фотодіодні підсилювачі, і я використаю ваш UWB 6,5 ГГц як приклад - можливо, він мав широку настройку на пару ГГц, але якщо ви намагалися зробити лінійний підсилювач від діапазону кГц до ГГц, у вас виникнуть проблеми з індуктивністю довжини сліду, що резонує з ємністю паразитарного транзистора, і іноді вам доведеться ставити резистори в дуже маленьких доріжках, просто уникайте ланцюга, що коливається. З моєю "радіоголовою" щодо того, що ви можете досягти на дуже високих частотах (але з обмеженою пропускною здатністю), ви можете використовувати паразитиків на вашу користь, але не так на дуже широкій смузі пропускання від постійного струму до декількох ГГц. Ось так воно все одно має тенденцію до панірування.

1. Запобігання довгих слідів випромінювання можна здійснити за допомогою врівноважених слідів - далеке поле дорівнює нулю, оскільки два поля ЕМ скасовуються (якщо виконано правильно). Використання смугових ліній - це техніка, яка сама по собі не зупиняє сигнал, що випромінює. Коакс, звичайно, так і врівноважений стриптиз.
2. Мікро-вихідний опір не так важливий, як ви думаєте, у багатьох прикладах - скажімо, це 10 Ом на 100 МГц - ваш вихід знижується на 50 Ом смуги (або коаксіального), і забезпечення припинення на приймальному кінці є адекватним, роздуми зведені до мінімуму. Я знаю, що в коледжі вони кажуть, що ваш вихід повинен контролюватися імпедансом, але насправді це не так.

Ви ставите гарне запитання. Багато в чому те саме питання, що і це: Які типи сигналів слід вважати таким, що мають опір 50 Ом?

Я не повторю свою відповідь тут, але пропоную вам перечитати її там. Це має охоплювати ваш 1).

2) Не турбуйтеся про випромінювання слідів, якщо ви переходите на опорну площину. Натомість хвилюйтеся, коли сигнал залишає область низького опору біля опорної площини. З'єднувачі, кабелі тощо.

3) Використовуйте свій улюблений тренажер IBIS, щоб знайти це. І це важливо для припинення. Більшість знаходяться в діапазоні 10-25R - але ви можете навіть знайти такі, які несиметричні, тому високі сторони та низький рівень виходу БНТ не дають вам однакового опору.

1) Чи є вказівки щодо довжини сліду та частоти? Я припускаю, що близько 3-дюймових слідів добре з 20 МГц (15 метрів), але який загальний випадок?

Розміри> 1/10 довжина хвилі найвищої частоти або гармоніки. Це не означає, що схема перестане працювати на довжині хвилі 2/10. Це залежить від того, наскільки чутлива схема.

2) З підвищенням частоти, як запобігти випромінюванню довгих слідів? Чи прокладають смуги і придумують шлях?

Існують різні правила, залежно від того, що вас турбує, до якого буде випромінюватися слід. Радіочастотний контур завжди буде випромінювати. Зобразіть сигнал, який керується слідом, а не існує всередині сліду. Сигнал одного сліду може перейти на інший слід, якщо вони досить близькі. Більшість людей називають цю зв’язку. Щоб мінімізувати з'єднання, розділіть сліди як мінімум на 2 * (відстань до опорної площини). Стіна вірусу може бути використана для того, щоб два сліди були ізольовані один від одного.

Існує кілька правил, щоб мінімізувати, скільки слідів випромінюється поза ланцюгом і йде десь в іншому місці. - Переконайтеся, що всі сліди закінчуються чимось. 1/4 хвильового сліду робить гідну антену, якщо один кінець є відкритим. - Уникайте розривів. Подумайте про слід як про шосе. Якщо ви їдете 70 км / год і наїдете на 90-градусний поворот, ви не зможете слідувати дорозі. Те саме стосується високочастотних сигналів.

Якщо сигнал випромінює далеко від ланцюга, він може містити металевий корпус або поглинати. І в смузі, і в коаксіаці є метал, який містить радіочастотні сигнали. Дошки без міцного верхнього металевого шару зазвичай покриті металевим корпусом. Відстань від дошки до металевого корпусу зазвичай складає менше 1/2 довжини хвилі, щоб послабити випромінювані сигнали та уникнути подібних випадків. Ви також можете придбати матеріали, розроблені для поглинання радіочастотних сигналів, щоб вони не підстрибували всюди.

4) і т. Д. Є веселі ігри, в які можна пограти, змінивши товщину слідів або відстань до еталонної. Ширша лінія ефективно виглядає коротше, але вузька лінія є індуктивною і може бути використана для скасування ємнісних пристроїв.