射頻電路的不合理布局

另一個(gè)例子，讓我們看看出現(xiàn)在一個(gè)射頻收發(fā)器評估板設(shè)計(jì)時(shí)遇到的問題。電路板設(shè)計(jì)者拿著電路并把它輸入一個(gè)用于數(shù)位邏輯的PCB自動(dòng)布線工具。結(jié)果，電路板無法在射頻下工作，即使電路板符合Rube Goldberg要求。

 

板子的關(guān)鍵通路都是分散的，并透過過孔(電感)連接，電源沒有合理的去藕。板上天線奇形怪狀，很難設(shè)計(jì)出一個(gè)直線天線。當(dāng)這個(gè)電路板設(shè)計(jì)者被問及用來設(shè)計(jì)這種天線的軟件時(shí)，得到的回覆不是天線設(shè)計(jì)軟件，而是聽到電路板設(shè)計(jì)者說‘那是留給我們放天線的地方’。

 

雖然這個(gè)電路板設(shè)計(jì)者是一個(gè)很好的微處理器工程師，但他不知道天線尺寸是由訊號(hào)波長決定的，也沒有意識(shí)到地平面是另一半天線。在有經(jīng)驗(yàn)的射頻工程師指導(dǎo)下，才能夠確保完成設(shè)計(jì)。

 

諧振原理

樂器和射頻設(shè)備都利用共振來工作。圖4展示的是一組管風(fēng)琴，每根管子都被調(diào)到一個(gè)固定的音符上。當(dāng)我們從一個(gè)地方發(fā)射無線電到另一個(gè)地方，諧振將說明我們選擇一個(gè)訊號(hào),而拒絕所有其它訊號(hào)。

 

圖4：美國一所教堂中的管風(fēng)琴。

 

調(diào)節(jié)射頻天線尺寸使它諧振在指定頻率，但仍然存在問題。在汽車環(huán)境工作時(shí)，電路板設(shè)計(jì)者把天線放在引擎室以期實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通訊，這是一個(gè)汽車配件，需要在汽車引擎金屬蓋下進(jìn)行接收和發(fā)射。

 

電路板設(shè)計(jì)者認(rèn)為汽車引擎室在指定頻率下會(huì)形成一個(gè)諧振腔并放大訊號(hào)。不幸的是，諧振腔需要精確的設(shè)計(jì)，而不同的汽車有不同的引擎室尺寸，很難獲得諧振。此外，電路板設(shè)計(jì)者不想為了滿足汽車的高溫工作要求，而為元件花大價(jià)錢。

 

電路板設(shè)計(jì)者不理解引擎室溫度很高，仍希望消費(fèi)性產(chǎn)品在最高70℃的溫度下能僥倖工作。

 

數(shù)模混合元件，如MAX541 16位數(shù)位/類比轉(zhuǎn)換器，通常有一個(gè)接腳作為類比地，另一個(gè)地為數(shù)位地。在MAX541的資料手冊中，第九頁和第十頁解釋了如何把它們連在一起，并采用星型連接。這個(gè)對地描述的術(shù)語可能容易造成誤解，不使用類比和數(shù)位，而使用"干凈和嘈雜"可能更容易理解。

 

正如應(yīng)用筆記4345所述，"良好的接地，數(shù)位也是類比"，因?yàn)殚撝敌?yīng)，數(shù)位電路能忽略一些雜訊，而類比電路不能。在資料轉(zhuǎn)換器中，數(shù)位和類比地的連接方法需要非常小心，尤其當(dāng)系統(tǒng)由很多ADC、DAC組成時(shí)，把一個(gè)地平面連成星型的經(jīng)驗(yàn)和技巧是必須。

 

同時(shí)，在每個(gè)資料轉(zhuǎn)換器中，類比和數(shù)位平面需要交叉連接，目的是將主電流返回到電源，而幾乎沒有什么電流消耗在交叉點(diǎn)。專業(yè)的工程師會(huì)使用電阻、磁珠或電感作為交點(diǎn)以傳導(dǎo)為頻率函數(shù)的電流。經(jīng)驗(yàn)允許版圖最小化，但唯一確定的方法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)反復(fù)的最佳化電路版圖以降低雜訊。

 

不幸的是，所有的元件都有可能被誤用或?yàn)E用，經(jīng)驗(yàn)是最好的老師。學(xué)生在學(xué)校時(shí)，可能必須死記一些知識(shí)。所幸的是，透過分享這些經(jīng)驗(yàn)，我們能避免其他工程師尋找突破時(shí)的痛苦。節(jié)省下來的時(shí)間我們可以用來改進(jìn)設(shè)計(jì)，而不必?fù)现X袋為沒有很快看到結(jié)果而煩惱。

 

對于每個(gè)工程師來說，沒有一個(gè)元件是萬能的，不管Rube Goldberg如何試驗(yàn)，一款設(shè)備不可能完全整合每種應(yīng)用的所有元件。人們從Rube的很多卡通作品中找到了樂趣，這是很好的事情。