مقدمه ای بر تداخل الکترومغناطیسی در مدارهای آنالوگ و RF

تداخل الکترومغناطیسی (EMI) یکی از مداوم ترین چالش ها در طراحی مدار چاپی با عملکرد بالا (PCB) باقی مانده است، به ویژه هنگامی که مدارهای آنالوگ حساس و فرکانس رادیویی (RF) همان هیئت مدیره را با استراتژی های فیلتر زمین دیجیتال یا قدرت به طور چشمگیری کاهش می دهد و یا دیزل می تواند سیگنال های آنالوگ سطح پایین را کنترل کند، نسبت سیگنال به سیگنال های غیر قابل مشاهده، و یا کاهش گازهای گلخانه ای ناخواسته در مراحل تولید سیگنال های عملیاتی، به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

درک منابع و مکانیسم های اتصال

EMI می تواند از طریق سه حالت اصلی جفت سازی وارد یک مدار شود: انجام شده، تابش و عدم تقارن یا خازن نزدیک به میدان اتصال، ساعت های دیجیتال، تغییر تنظیم کننده ها و اتوبوس های داده با سرعت بالا رایج در منابع صوتی در داخل صفحه هستند.

برای مدارهای آنالوگ حساس، حتی میکروvolt های سر و صدا همراه می توانند از بودجه خطا تجاوز کنند.در مدارهای RF، هر گونه لحن تحریک کننده در داخل پاس باند می تواند رقم سر و صدا را کاهش دهد و نرخ خطای کوچک را افزایش دهد. اولین گام این است که مسیرهای سیگنال بحرانی و تهاجمی ترین منابع سر و صدا را شناسایی کنید، سپس یک دفاع لایه ای با استفاده از انزوا، فیلترینگ و کنترل دقیق را پیاده سازی کنید.

طراحی PCB Stack-Up و Groundplane

هواپیماهای زمینی مداوم

پایه هر طراحی کم-EMI یک هواپیمای زمینی جامد و بدون سکنه است.یک هواپیمای مداوم کمترین مسیر بازگشت را که جریان های معمول را کاهش می دهد و باعث می شود که شیب زمین را برای تخته های مختلف تقسیم کند، یک پشته چهار لایه (علامت-قدرت-فرود-نشانه) اغلب حداقل برای عملکرد زمین قابل قبول است، اگر یک لایه جداگانه را حمل کند یا سیگنال های عبور را به طور کامل محدود کند.

از طریق Stitching و Grounding of Shields

هنگام استفاده از رد و موم محافظ، آنها را به هواپیما زمینی با از طریق فضا متصل کنید نه بیش از λ/20 جدا از بالاترین فرکانس مورد علاقه.این مانع از عمل به عنوان یک حفره زمین باز می شود و تضمین می کند که زمینه های خارجی از گره های حساس دور می شوند، هر پین زمینه قطعات، به ویژه در RFIC و opamp، باید به طور مستقیم به حداقل رساندن انگل در حد پایین باشد.

موقعیت و پارتیشن بندی

جدایی فضایی از منابع صوتی

Place high-frequency digital circuits, oscillators, and switching power converters as far as possible from analog inputs and RF front-ends. A physical distance of at least 10 mm per 100 MHz of edge rate is a rough guideline. If board space is tight, insert a conductive barrier (copper pour or grounded via fence) between noisy and quiet sections. Partition the board into functional zones and route signals so that they never cross a zone boundary unless absolutely necessary.

دانلود بازی های Cans and Guard Rings

برای حساس ترین مراحل RF (LNAs، VCOs، میکسرها)، سپر انفرادی توصیه می شود. سپر می تواند یک فلز فروخته شده یا یک محفظه قبل از شکل باشد، اطمینان حاصل کنید که سپر ارتباط مداوم با هواپیما زمینی را از طریق چندین اتصال برقرار می کند. برای مدارهای آنالوگ مانند ADC یا تقویت کننده های با وضوح بالا، یک محافظ در لایه بالا متصل می تواند نشتی و جریان را کاهش دهد.

Routing and Trace Management

کنترل های عملیاتی و Microstrip در مقابل نوار خط

ردهای RF باید به عنوان خطوط انتقال کنترل شده طراحی شوند تا از انعکاس و انتشار گازهای گلخانه ای جلوگیری کنند. Microstrip (نشانه در بالای، هواپیمای زمینی زیر) رایج است اما بیشتر از خط لوله (که بین دو هواپیمای زمینی دفن شده است) برای جفت های مختلف با سرعت بالا، از موج coplanarguide با ساختارهای زمینی (WCPG) استفاده کنید.

جدایی سیگنال های آنالوگ و دیجیتال

ردهای آنالوگ هرگز نباید به طور موازی با اتوبوس های دیجیتال برای بیش از چند میلی متر اجرا شود، هنگامی که عبور اجتناب ناپذیر است، از یک عبور 90 درجه (یا بهتر، یک دفن شده از طریق انتقال) استفاده کنید تا منطقه اتصال به حداقل برسد، ردهای آنالوگ را از لبه های هیئت مدیره که در آن زمینه های حاشیه می توانند پخش شوند، دور نگه دارید.

قدرت صداقت و کاهش

محلی سازی Decoupling

هر IC فعال در مسیر آنالوگ یا RF باید خازن خود را تا حد امکان به پین قدرت نزدیک کند - به طور ایده آل در 1 - 2 میلی متر استفاده از ترکیبی از خازن عمده (1-10 μF) و یک سرامیک کم ESL (100 pF تا 100 nF) بسته به فرکانس صدای RF، باید از چگالی بالا در خط برق محلی قرار گیرد.

توزیع برق Star Point Power Distribution

در صورت امکان، از توزیع برق ستاره یا درخت برای بخش های آنالوگ استفاده کنید، این مانع از سر و صدا از مدارهای دیجیتال یا تغییر از تزریق به منبع آنالوگ از طریق اتصال غیر قابل حمل می شود. تنظیم کنندگان کم عمق (LDO) برای منابع RF و آنالوگ اضافه کردن یک لایه اضافی از انزوا.

فیلتر کردن تکنیک ها

فیلترهای LC و RC Low-Pass

در مسیر سیگنال، یک فیلتر ساده RC با حرکت پایین در ورودی ADC یا تقویت کننده می تواند هش با فرکانس بالا را سرکوب کند. فرکانس برش باید فقط بالاتر از حداکثر پهنای باند سیگنال برای خطوط RF تنظیم شود، از فیلترهای LC یا فیلترهای CLA برای تشخیص باندهای مداخله شناخته شده استفاده کند.

دانلود بازی Ferrite بر روی I/O Line

هر کابل یا کانکتور که سیگنال های خارج از صفحه را حمل می کند می تواند ساقه های EMI. Place ferrite را در تمام خطوط I/O خارجی - آنالوگ، دیجیتال و قدرت - در لبه هیئت مدیره، مهره هایی با یک اوج ضعیف در فرکانس نویز مورد انتظار (معمولا 100 مگاهرتز تا 1 گیگاهرتز) برای جفت های مختلف (USB، LVDS)، استفاده از ساقه های رایج به جای اختلال در تفاوت های فردی.

زمین های کابل و کانکتور

کابل های مهر شده باید سپر متصل به زمین شاسی (یا یک زمین تمیز اختصاصی) در هر دو انتهای برای محافظت RF داشته باشند، اما برای سیگنال های آنالوگ، یک اتصال زمین تک پایان شده در گیرنده ممکن است از حلقه های زمینی جلوگیری کند، از ترانسفورماتورهای انزوا یا فیلترهای رایج برای شکستن حلقه های زمین در حالی که حفظ یکپارچگی سیگنال است.

انتخاب مواد

استاندارد FR-4 دارای یک عامل اتلاف بالا و ثابت دی الکتریک متناقض است که در بالای 1 گیگاهرتز مشکل می یابد.برای مدارهای RF، استفاده از لمینت های مانند راجرز 4003C یا 4350B، یا کامپوزیت های با فرکانس بالا مانند Isola Astra MT77.این مواد کاهش کم نور (0.002-0.004) و Dk پایدار، کاهش سیگنال در کاهش و تمایل به استفاده از یک بخش تابش دقیق است که در آن استفاده از لایه های ترکیبی از آن استفاده می شود.

شبیه سازی و تست پیش از توافق

هیچ طراحی بدون اعتبار کامل نیست.استفاده از شبیه ساز های موج کامل EM (به عنوان مثال، Ansys HFSS، Keysight Momentum یا ابزارهای منبع باز مانند OpenEMS) برای تجسم پروتزهای فعلی و الگوهای میدان تابش شده در اوایل مرحله طرح بندی می رود. تست پیش از انطباق با یک بررسی طیف و نزدیک میدان می تواند نقاط داغ را شناسایی کند که در آن بسیاری از تنظیمات ثابت یا تنظیم مشکلات سیم کشی، می تواند با اضافه کردن مشکل های تعمیر شده توسط نصب و یا تنظیم کردن EMI، بسیاری از طریق تنظیم کردن مشکل، تنظیم شود.

نتیجه گیری

کاهش مداخله الکترومغناطیسی در مدارهای آنالوگ حساس و RF خواستار یک رویکرد سطح سیستم است که زمینه، طرح، انتخاب جزء، فیلترینگ و انتخاب مواد را ادغام می کند.با استفاده از تکنیک های توصیف شده در اینجا - هواپیماهای زمینی مداوم، مسیریابی کنترل شده، دقت محلی، محافظت مناسب، و شبیه سازی کامل - مهندسان می توانند به طور مداوم عملکرد قابل اعتماد حتی در محیط های طراحی ترکیبی را به طور موثر مدیریت کنند.

در این هنگام، با مشورت کنید [[[۱]] [[۱۰]] [[۱۰]] [[۱۰]] [۱۰] [۱۰]] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۳] و [۱۰] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱۰] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۳] [۱۰] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۳] [۳] [۱۰] [۳] [۱۰] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱۰] [۲] [۲] [۱۰] [