¿En qué frecuencias se complica el diseño de PCB?

1. ¿Existen pautas en cuanto a la longitud del trazo frente a la frecuencia? Supongo que ~ 3 rastros de pulgada están bien con 20MHz (15 metros), pero ¿cuál es el caso general?

En mi trabajo, la pauta es que si la longitud eléctrica de un trazado es mayor que 1/10 de longitud de onda, debe tratarlo como una línea de transmisión. Como mínimo, esto significa que debe terminar con una resistencia que coincida con la impedancia de la línea. ¿Cómo averiguas qué valor de resistencia usar? Usted calcula cuál será la impedancia durante el diseño y luego ajusta el valor para minimizar el timbre durante la TVP.

Ahora, hay algo de sutileza aquí sobre el verdadero significado de 1/10 de longitud de onda. Para una onda sinusoidal, esto es sencillo. Para una onda cuadrada, que es la suma de muchos senos, debes usar el componente de frecuencia más alta como tu estimador. A medida que afina las esquinas del cuadrado con una velocidad de giro más rápida, aumenta la frecuencia del más rápido sinusoide competente.

Lo que esto significa es que, para una señal digital, la fuerza del variador afecta directamente la longitud eléctrica de la línea. Una mayor fuerza de accionamiento puede convertir fácilmente una línea que no suena en una que sí lo hace.

Aprendí esto de la manera difícil cuando un proveedor hizo una "mejora" a un búfer digital sin avisarnos. Este cambio aumentó la velocidad de giro, lo que causó un sonido tan grave que el chip receptor comenzó a bloquearse. Un tablero que producimos que había estado funcionando bien durante años, repentinamente comenzó a cerrarse de forma aleatoria.

1. Longitud de traza frente a frecuencia: diría que las pautas son bastante tolerantes para enviar datos u ondas portadoras entre un IC y otro. La frecuencia máxima que podría generarse en cantidades significativas (tal vez hasta varios armónicos para una onda cuadrada) es el factor limitante y si su longitud de trazado es "menor a" una décima parte de la longitud de onda, entonces probablemente no necesite operar con un terminador. Incluso con trazas ligeramente más largas, podría terminar con una combinación en serie de unas pocas decenas de pF y (digamos) 50 ohmios. Esto evita el problema de un terminador de 50 ohmios directamente a través de una línea lógica. Para diferentes circuitos, las "reglas" son más estrictas, por ejemplo, un amplificador de fotodiodo puede tener un ancho de banda 3dB de 1 GHz (longitud de onda = 0,3 m) y una décima sería de 30 mm, una longitud de trazado totalmente desastrosa en la entrada de un amplificador de fotodiodo y también la inductancia de la línea causaría todo tipo de sorpresas ocultas al tratar de que funcione. Así que las reglas cambian dependiendo de lo que estás tratando de hacer.

Así que aquí hago una distinción entre transmisión digital robusta (o analógica), circuitos sensibles / débiles como amplificadores de fotodiodos y usaré su UWB de 6.5 GHz como ejemplo. Puede que haya tenido una amplia sintonización en un par de GHz, pero si intentara hacer un amplificador lineal del rango de kHz a GHz, tendrá problemas con la inductancia de la longitud de traza que resuena con la capacitancia del transistor parásito y, a veces, tiene que colocar resistencias en pistas muy pequeñas para evitar un circuito auto-oscilante. Con mi "cabeza de radio" en lo que puede lograr en frecuencias realmente altas (pero con un ancho de banda limitado) significa que puede utilizar los parásitos a su favor, pero no tanto en un ancho de banda muy amplio desde DC a varios GHz. Así es como tiende a darme una vuelta de pan.

1. La prevención de trazas largas que irradian se puede hacer con trazas equilibradas: el campo lejano es cero porque los dos campos EM se cancelan (cuando se hacen correctamente). El uso de striplines es una técnica y no detiene una señal que se irradia. Coax hace, por supuesto, y también lo hace la línea de banda equilibrada.
2. La impedancia de salida micro no es tan relevante como usted piensa en muchos ejemplos, digamos que es de 10 ohmios a 100 MHz, su salida se reduce en una línea de 50 ohmios (o coaxial) y la terminación en el extremo receptor es Adecuado, se minimizan los reflejos. Sé que en la universidad dicen que su salida debe ser controlada por impedancia, pero en realidad no es así.

Estás haciendo una buena pregunta. De muchas maneras la misma pregunta que esta: ¿Qué tipos ¿Se debe considerar que una señal tiene una impedancia de traza de 50??

No repetiré mi respuesta aquí, pero te sugiero que vayas a leerla allí. Esto debería cubrir su 1).

2) No se preocupe por los rastros que se irradian si se ejecuta sobre un plano de referencia. Preocúpese, en cambio, cuando la señal abandona el reino de baja impedancia cerca del plano de referencia. Conectores, cables, etc.

3) Usa tu simulador de IBIS favorito para encontrar esto. Y es importante para la terminación. La mayoría están en el rango 10-25R, pero incluso puede encontrar algunos que son asimétricos, por lo que los FET de salida del lado alto y del lado bajo no le dan la misma impedancia.

1) ¿Existen pautas en cuanto a la longitud del trazo frente a la frecuencia? Supongo que ~ 3 rastros de pulgada están bien con 20MHz (15 metros), pero ¿cuál es el caso general?

Dimensiones > 1/10 de longitud de onda de la frecuencia más alta o armónica. Eso no significa que el circuito dejará de funcionar a 2/10 de longitud de onda. Depende de cuán sensible sea el circuito.

2) A medida que aumentan las frecuencias, ¿cómo evitar que se irradien trazas largas? ¿Son las estrategias y el engaño el camino a seguir?

Hay diferentes reglas básicas que dependen de lo que le preocupa a la que se irradiará el rastreo. Un circuito de RF siempre se irradia. Imagine la señal guiada por la traza, que no existe dentro de la traza. La señal en una traza puede saltar a otra traza si están lo suficientemente cerca. La mayoría de la gente llama a este acoplamiento. Para minimizar el acoplamiento, separe las trazas al menos 2 * (distancia al plano de referencia). Se puede usar una pared de vías para asegurar que dos trazas estén aisladas una de la otra.

Existen algunas reglas básicas para minimizar la cantidad de trazas que se irradian fuera del circuito y que van a otra parte.  - Asegúrate de que todas las huellas terminen en algo. Una traza de onda de 1/4 hace una antena decente, si un extremo es abierto. - Evitar las discontinuidades. Piense en un rastro como una carretera. Si va a 70 mph y golpea un giro de 90 grados, no podrá seguir el camino. Lo mismo ocurre con las señales de alta frecuencia.

Si una señal se irradia lejos de un circuito, puede ser contenida con una caja de metal o absorbida. Stripline y coaxial tienen metal que contiene señales de RF. Los tableros sin una capa metálica superior sólida generalmente se cubren con una caja metálica. La distancia desde el tablero hasta el recinto metálico generalmente se realiza a menos de 1/2 longitud de onda para atenuar las señales irradiadas y evitar que ocurran otras cosas extrañas. También puedes comprar materiales diseñados para absorber las señales de RF, para que no reboten por todo el lugar.

4) etc. Hay juegos divertidos que puedes jugar cambiando el grosor de tus huellas o la distancia a la referencia. Una línea más ancha efectivamente se ve más corta, pero una línea estrecha parece inductiva y puede usarse para cancelar dispositivos capacitivos.