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PCB技術

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高周波回路と高周波PCBの設計原理
2020-09-12
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Author:Dag      Share

PCB設計の原則には、基本原則、干渉防止、電磁両立性、安全保護などを含む多くの側面が含まれます。特に、高周波回路の開発(特に高周波PCB))高周波PCBに関連する概念の欠如につながります。多くの人は今でも「電気の原理と導体をつなげて所定の役割を果たす」ということに基づいており、「PCBの設計は構造、プロセス、生産効率の向上を考慮することに属する」とさえ考えています。多くのRFエンジニアは、このリンクがRF設計の設計作業全体の特別な焦点であるべきだと完全には理解しておらず、誤って高性能コンポーネントの選択にエネルギーを費やしているため、コストは大幅に増加しますが、パフォーマンスはほとんど向上しません。 。


特に、デジタル回路は、その強力な干渉防止、検出、およびエラー訂正に依存しており、回路の正常な機能を保証するために、さまざまなインテリジェントリンクを任意に構築できます。さまざまな「通常の保証」リンクの高度な追加構成を備えた通常のデジタルアプリケーション回路は、明らかに製品コンセプトのない手段です。しかし、多くの場合、「価値がない」リンクにありますが、一連の製品の問題につながります。その理由は、製品工学の観点から信頼性保証を構築する価値のないこの種の機能リンクは、回路設計(PCB設計を含む)の間違った構造にすぎないデジタル回路自体の動作メカニズムに基づいている必要があるためです。回路が不安定な状態になります。高周波PCB。



高周波プリント回路基板

高周波PCB


デジタル回路には、真剣に受け止めるべき3つの側面があります。


(1)デジタル信号自体は広域スペクトル信号に属します。フーリエ関数の結果によると、高周波成分が豊富に含まれているため、デジタルICの設計ではデジタル信号の高周波成分を十分に考慮しています。ただし、デジタルICに加えて、各機能リンク内および各機能リンク間の信号遷移領域が任意である場合、一連の問題が発生します。特に、デジタル、アナログ、高周波回路の混合アプリケーションで。


(2)デジタル回路のアプリケーションにおけるあらゆる種類の信頼性設計は、実際のアプリケーションにおける回路の信頼性要件および製品エンジニアリング要件に関連しているため、以下を満たす回路にさまざまな高コストの「保証」部品を追加することは不可能です。従来の設計による要件。


(3)デジタル回路の動作速度は、これまでにない開発で高周波に向かっています(たとえば、CPUの主周波数はマイクロ波帯域の下限をはるかに超えて1.7GHzに達しています)。関連デバイスの信頼性保証機能も同期されていますが、これはデバイスの内部および一般的な外部信号特性に基づいています。


マイクロ波レベルの高周波回路の場合、PCB上の対応する各ストリップラインは、接地プレートとマイクロストリップライン(非対称タイプ)を形成します。3層以上のPCBの場合、マイクロストリップラインとストリップライン(対称マイクロストリップ伝送ライン)を形成できます。異なるマイクロストリップライン(両面PCB)またはストリップライン(多層PCB)は、相互に結合マイクロストリップラインを形成し、さまざまな複雑な4ポートネットワークを形成し、マイクロ波レベル回路PCBのさまざまな特性を形成します。


マイクロストリップ伝送線路理論は、マイクロ波高周波回路PCBの設計の基礎であることがわかります。


800MHzを超えるrf-pcb設計の場合、アンテナ付近のPCBネットワーク設計は、マイクロストリップ理論に完全に従う必要があります(一括パラメータデバイスのパフォーマンスを向上させるツールとしてマイクロストリップの概念を使用するだけではありません)。周波数が高いほど、マイクロストリップ理論の指針となる重要性が高くなります。


回路の集中定数および分散パラメータの場合、動作周波数が低いほど、分散パラメータの機能特性は弱くなりますが、分散パラメータは常に存在します。回路特性に対する分散パラメータの影響を考慮するかどうかの明確な境界線はありません。したがって、マイクロストリップの概念の確立は、デジタル回路および相対的な中間周波数回路のPCB設計にとっても重要です。


マイクロストリップ理論の基礎と概念、およびマイクロ波レベルのRF回路とPCBの設計概念は、実際にはマイクロ波二重伝送線路理論の応用面です。rf-pcb配線の場合、隣接する各信号線(異なる平面に隣接するものを含む)には、2本の線の基本原理に従うという特性があります(以下に明確に説明します)。


一般的なマイクロ波RF回路は片側にグランドプレートを備えているため、マイクロ波信号の伝送線路は複雑な4ポートネットワークになる傾向があり、結合マイクロストリップ理論に直接従いますが、その基盤は依然として2線式です。理論。したがって、設計の実践では、二重線理論はより広範な指針となる重要性を持っています。


一般的に言えば、マイクロ波回路の場合、マイクロストリップ理論には定量的なガイドの重要性があり、これは2線理論の特定のアプリケーションに属しますが、2線式理論にはより広範な定性的なガイドの重要性があります。


表面的には、2線式理論によって与えられたすべての概念は、実際の設計作業(特にデジタル回路と低周波回路)とは関係がないように見えますが、実際には幻想です。2線式理論は、電子回路設計、特にPCB回路設計におけるすべての概念上の問題を導くことができます。


デュアルライン理論はマイクロ波高周波回路を前提として確立されていますが、誘導の重要性が特に顕著であるのは、高周波回路の分散パラメータの影響だけです。デジタルまたは中低周波回路では、集中定数パラメータコンポーネントと比較して、分散パラメータは無視でき、2線式理論の概念はあいまいになります。


しかし、高周波回路と低周波回路をどのように区別するかは、設計の実践ではしばしば無視されます。どのような一般的なデジタルロジックまたはパルス回路が属しますか?明らかに、非線形成分を備えた低周波回路と中低周波回路は、いくつかの敏感な条件が変化すると、いくつかの高周波特性を簡単に反映することができます。CPUの主周波数は1.7GHzに達し、マイクロ波周波数の下限をはるかに超えていますが、それでもデジタル回路です。これらの不確実性のため、PCBの設計は非常に重要です。


多くの場合、回路内の受動部品は、特定の仕様の伝送ラインまたはマイクロストリップラインと同等であり、二重伝送ライン理論とそれに関連するパラメータによって記述できます。


一言で言えば、二重伝送線路理論は、すべての電子回路の特性を合成することに基づいて生まれたと考えることができます。したがって、厳密に言えば、二重伝送線路理論で具体化された概念が設計実務のすべてのリンクで原則として採用された場合、対応するPCB回路は(回路が適用される動作条件に関係なく)ほとんど問題に直面しません。