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如何避免误解类比或数位电路导致电路板设计两难(下)

发布时间 :2017-12-18 10:56 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳宏力捷PCB设计部
射频电路的不合理布局
另一个例子,让我们看看出现在一个射频收发器评估板设计时遇到的问题。电路板设计者拿着电路并把它输入一个用于数位逻辑的PCB自动布线工具。结果,电路板无法在射频下工作,即使电路板符合Rube Goldberg要求。
 
板子的关键通路都是分散的,并透过过孔(电感)连接,电源没有合理的去藕。板上天线奇形怪状,很难设计出一个直线天线。当这个电路板设计者被问及用来设计这种天线的软件时,得到的回覆不是天线设计软件,而是听到电路板设计者说‘那是留给我们放天线的地方’。
 
虽然这个电路板设计者是一个很好的微处理器工程师,但他不知道天线尺寸是由讯号波长决定的,也没有意识到地平面是另一半天线。在有经验的射频工程师指导下,才能够确保完成设计。
 
谐振原理
乐器和射频设备都利用共振来工作。图4展示的是一组管风琴,每根管子都被调到一个固定的音符上。当我们从一个地方发射无线电到另一个地方,谐振将说明我们选择一个讯号,而拒绝所有其它讯号。
 
图4:美国一所教堂中的管风琴。
图4:美国一所教堂中的管风琴。
 
调节射频天线尺寸使它谐振在指定频率,但仍然存在问题。在汽车环境工作时,电路板设计者把天线放在引擎室以期实现远距离通讯,这是一个汽车配件,需要在汽车引擎金属盖下进行接收和发射。
 
电路板设计者认为汽车引擎室在指定频率下会形成一个谐振腔并放大讯号。不幸的是,谐振腔需要精确的设计,而不同的汽车有不同的引擎室尺寸,很难获得谐振。此外,电路板设计者不想为了满足汽车的高温工作要求,而为元件花大价钱。
 
电路板设计者不理解引擎室温度很高,仍希望消费性产品在最高70℃的温度下能侥倖工作。
 
数模混合元件,如MAX541 16位数位/类比转换器,通常有一个接脚作为类比地,另一个地为数位地。在MAX541的资料手册中,第九页和第十页解释了如何把它们连在一起,并采用星型连接。这个对地描述的术语可能容易造成误解,不使用类比和数位,而使用"干净和嘈杂"可能更容易理解。
 
正如应用笔记4345所述,"良好的接地,数位也是类比",因为阈值效应,数位电路能忽略一些杂讯,而类比电路不能。在资料转换器中,数位和类比地的连接方法需要非常小心,尤其当系统由很多ADC、DAC组成时,把一个地平面连成星型的经验和技巧是必须。
 
同时,在每个资料转换器中,类比和数位平面需要交叉连接,目的是将主电流返回到电源,而几乎没有什么电流消耗在交叉点。专业的工程师会使用电阻、磁珠或电感作为交点以传导为频率函数的电流。经验允许版图最小化,但唯一确定的方法是根据经验反复的最佳化电路版图以降低杂讯。
 
不幸的是,所有的元件都有可能被误用或滥用,经验是最好的老师。学生在学校时,可能必须死记一些知识。所幸的是,透过分享这些经验,我们能避免其他工程师寻找突破时的痛苦。节省下来的时间我们可以用来改进设计,而不必挠着脑袋为没有很快看到结果而烦恼。
 
对于每个工程师来说,没有一个元件是万能的,不管Rube Goldberg如何试验,一款设备不可能完全整合每种应用的所有元件。人们从Rube的很多卡通作品中找到了乐趣,这是很好的事情。


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