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如何避免誤解類比或數(shù)位電路導(dǎo)致電路板設(shè)計(jì)兩難(下)

發(fā)布時(shí)間 :2017-12-18 10:56 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB設(shè)計(jì)部
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。
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。


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