PCB기술 - 고주파 회로 및 고주파 PCB의 설계 원리

PCB 설계 원칙은 기본 원칙, 간섭 방지, 전자파 적합성, 안전 보호 등을 포함한 많은 측면을 포함합니다. 특히 고주파 회로(특히 고주파 PCB에서)의 개발은 높은 관련 개념의 부족으로 이어집니다. 주파수 PCB. 많은 사람들은 여전히 "전기적 원리를 도체와 연결하여 미리 정해진 역할을 한다"는 기본 원칙에 머물며 "PCB 설계는 구조, 공정 및 생산 효율성 향상을 고려하는 것"이라고 생각하기까지 합니다. 많은 RF 엔지니어는 이 링크가 RF 설계에서 전체 설계 작업의 특별한 초점이어야 한다는 것을 완전히 깨닫지 못하고 실수로 고성능 구성 요소를 선택하는 데 에너지를 사용하여 비용은 급격히 증가하지만 성능은 거의 향상되지 않습니다. .

특히 디지털 회로는 강력한 간섭 방지, 감지 및 오류 수정에 의존하며 회로의 정상적인 기능을 보장하기 위해 다양한 지능형 링크를 임의로 구성할 수 있습니다. 다양한 "정상 보장" 링크의 추가 구성이 높은 일반 디지털 응용 회로는 분명히 제품 개념이 없는 조치입니다. 그러나 종종 "가치 없음" 링크에 있지만 일련의 제품 문제로 이어집니다. 그 이유는 제품 엔지니어링 측면에서 신뢰성 보장을 구축할 가치가 없는 이러한 종류의 기능적 링크는 디지털 회로 자체의 작동 메커니즘을 기반으로 해야 하기 때문입니다. 이는 회로 설계(PCB 설계 포함)에서 잘못된 구조일 뿐이며, 불안정한 상태의 회로로 이어집니다. 이러한 불안정한 상태는 고주파 PCB의 유사한 문제와 동일한 개념의 기본 응용 프로그램입니다.

디지털 회로에는 진지하게 받아들여야 할 세 가지 측면이 있습니다.

(1) 디지털 신호 자체는 넓은 스펙트럼 신호에 속합니다. 푸리에 함수의 결과에 따르면 풍부한 고주파 성분을 포함하므로 디지털 신호의 고주파 성분은 Digital IC 설계에서 충분히 고려됩니다. 그러나 디지털 IC 외에도 각 기능 링크 내부 및 사이의 신호 전환 영역이 임의적이면 일련의 문제가 발생합니다. 특히 디지털, 아날로그 및 고주파 회로의 혼합 응용 분야에서.

(2) 디지털 회로를 응용하는 모든 종류의 신뢰성 설계는 실제 응용에서 회로의 신뢰성 요구 사항 및 제품 엔지니어링 요구 사항과 관련이 있으므로 충족하는 회로에 다양한 고비용 "보증" 부품을 추가하는 것은 불가능합니다. 기존 설계에 의한 요구 사항.

(3) 디지털 회로의 작동 속도는 전례 없는 발전으로 고주파로 이동하고 있습니다(예: CPU의 주 주파수는 마이크로파 대역의 하한을 훨씬 넘어 1.7GHz에 도달했습니다). 관련 장치의 신뢰성 보장 기능도 동기화되지만 장치의 내부 및 일반적인 외부 신호 특성을 기반으로 합니다.

마이크로파 레벨 고주파 회로의 경우 PCB의 각 스트립 라인은 접지 플레이트와 마이크로 스트립 라인(비대칭형)을 형성합니다. 2층 이상의 PCB의 경우 마이크로스트립 라인과 스트립라인(대칭 마이크로스트립 전송 라인)을 형성할 수 있습니다. 서로 다른 마이크로 스트립 라인 (양면 PCB) 또는 스트립 라인 (다층 PCB)은 마이크로 스트립 라인을 서로 연결하여 다양한 복잡한 4 포트 네트워크를 형성하여 마이크로파 레벨 회로 PCB의 다양한 특성을 형성합니다.

마이크로스트립 전송선 이론은 마이크로파 고주파 회로 PCB의 설계 기반임을 알 수 있습니다.

800MHz 이상의 rf-pcb 설계의 경우 안테나 근처의 PCB 네트워크 설계는 마이크로스트립 이론을 완전히 따라야 합니다(단순히 집중 매개변수 장치의 성능을 개선하기 위한 도구로 마이크로스트립 개념을 사용하는 것이 아니라). 주파수가 높을수록 마이크로스트립 이론의 지도적 의미가 더 중요합니다.

회로의 집중 매개 변수 및 분포 매개 변수의 경우 작동 주파수가 낮을수록 분포 매개 변수의 기능 특성이 약하지만 분포 매개 변수는 항상 존재합니다. 분산 매개변수가 회로 특성에 미치는 영향을 고려해야 하는지 여부에 대한 명확한 경계선은 없습니다. 따라서 디지털 회로 및 상대 중간 주파수 회로의 PCB 설계에도 마이크로 스트립 개념의 설정이 중요합니다.

마이크로스트립 이론의 기초와 개념, 마이크로파 레벨 RF 회로 및 PCB의 설계 개념은 실제로 마이크로파 이중 전송 라인 이론의 응용 측면입니다. rf-pcb 배선의 경우 인접한 각 신호 라인(서로 다른 평면에서 인접한 것을 포함)은 두 라인의 기본 원리를 따르는 특성을 가지고 있습니다(이에 대해 다음에서 명확하게 설명함).

일반적인 마이크로파 RF 회로는 한쪽에 접지판이 장착되어 있어 마이크로파 신호 전송 라인이 복잡한 4포트 네트워크가 되는 경향이 있으므로 결합된 마이크로스트립 이론을 직접 따르지만 그 기초는 여전히 2선식입니다. 이론. 따라서 설계 실습에서 이중선 이론은 보다 광범위한 안내 의미를 갖습니다.

일반적으로 마이크로파 회로의 경우 마이크로스트립 이론은 2선 이론의 특정 응용에 속하는 양적 안내 의의가 있는 반면 2선 이론은 보다 광범위한 질적 안내 의의가 있습니다.

2선 이론에 의해 주어진 모든 개념은 표면적으로는 실제 설계 작업(특히 디지털 회로 및 저주파 회로)과 관련이 없는 것처럼 보이지만 실제로는 환상이라는 점을 언급할 가치가 있습니다. 2선 이론은 전자 회로 설계, 특히 PCB 회로 설계의 모든 개념적 문제를 안내할 수 있습니다.

이중선 이론은 마이크로파 고주파 회로를 전제로 설정되었지만, 특히 안내 의의가 두드러지는 것은 고주파 회로에서 분포된 매개변수의 영향 때문입니다. 디지털 또는 중저주파 회로에서는 집중 매개변수 구성요소와 비교하여 분산 매개변수를 무시할 수 있으며 2선식 이론의 개념이 모호해집니다.

그러나 고주파 회로와 저주파 회로를 구별하는 방법은 설계 실무에서 종종 무시됩니다. 일반적인 디지털 논리 또는 펄스 회로는 어떤 종류에 속합니까? 분명히, 비선형 구성 요소가 있는 저주파 회로와 중간 저주파 회로는 일부 민감한 조건이 변경되면 일부 고주파 특성을 쉽게 반영할 수 있습니다. CPU의 주 주파수는 1.7GHz에 도달해 마이크로파 주파수의 하한선을 훨씬 넘어섰지만 여전히 디지털 회로다. 이러한 불확실성 때문에 PCB 설계는 매우 중요합니다.

많은 경우 회로의 수동 부품은 특정 사양의 전송 라인 또는 마이크로스트립 라인과 동일할 수 있으며 이중 전송 라인 이론 및 관련 매개변수로 설명할 수 있습니다.

한마디로 이중전송선로 이론은 모든 전자회로의 특성을 종합하여 탄생한 이론이라고 할 수 있다. 따라서 엄밀히 말하면 이중 전송선 이론에 구현된 개념을 설계 실습의 모든 링크에서 원칙으로 취하면 해당 PCB 회로는 문제에 거의 직면하지 않습니다(회로가 적용되는 작업 조건에 관계없이).