Progettazione dell'Integrità del Segnale Digitale ad Alta Velocità

Il cuore di un trasmettitore digitale risiede nei suoi componenti di elaborazione del segnale digitale (DSP) e di modulazione ad alta velocità. Questi segnali presentano alte frequenze di clock e fronti ripidi, rendendoli altamente suscettibili a problemi di integrità del segnale (SI) come crosstalk, riflessione e interferenza elettromagnetica (EMI). Durante la fase di progettazione del PCB, devono essere implementate misure rigorose per garantire la qualità del segnale.

• Controllo dell'impedenza caratteristica: Tutte le tracce di segnale ad alta velocità, come le linee di clock e i bus dati, devono essere sottoposte a un controllo preciso dell'impedenza a 50 ohm o altri valori specificati. Ciò richiede calcoli accurati della larghezza della traccia, dello spessore del dielettrico e della spaziatura del piano di riferimento. Il processo di produzione di HILPCB può mantenere la tolleranza dell'impedenza entro ±5%, superando di gran lunga gli standard industriali.
• Instradamento delle coppie differenziali: Per i segnali differenziali come LVDS, l'instradamento deve aderire ai principi di uguale lunghezza, uguale spaziatura e accoppiamento stretto per massimizzare il rapporto di reiezione di modo comune (CMRR) e resistere alle interferenze di rumore.
• Schede multistrato e strategie di messa a terra: L'utilizzo di progetti di PCB multistrato con piani di alimentazione e di massa completi è un modo efficace per garantire i percorsi di ritorno del segnale più brevi e sopprimere l'EMI. Le strategie di segmentazione e connessione per le masse digitali, analogiche e RF sono fondamentali per prevenire l'accoppiamento del rumore.

Gestione termica e integrità dell'alimentazione nello stadio dell'amplificatore di potenza

L'amplificatore di potenza (PA) è l'unità con il più alto consumo energetico e la maggiore generazione di calore in un trasmettitore. Se il calore generato non viene dissipato efficacemente, può ridurre l'efficienza e la durata del PA, oltre a causare la deriva dei parametri del dispositivo, influenzando la qualità del segnale.

• Design Termico Migliorato: HILPCB raccomanda l'uso di PCB a rame pesante per migliorare la capacità di trasporto della corrente e le prestazioni termiche aumentando lo spessore della lamina di rame. Inoltre, l'uso estensivo di via termici trasferisce rapidamente il calore dalla parte inferiore del PA a dissipatori di calore o a rame di massa di ampia superficie sul lato opposto.
• Integrità dell'Alimentazione (PI): Lo stadio PA ha esigenze estremamente elevate per la risposta di potenza transitoria. Nel design del PCB, devono essere posizionati sufficienti condensatori di disaccoppiamento vicino ai pin di alimentazione del PA per formare una rete di distribuzione dell'alimentazione (PDN) a bassa impedenza, garantendo una tensione di alimentazione stabile durante l'uscita di segnali ad alta dinamica. Questo è cruciale per mantenere la linearità del segnale di uscita ed evitare la distorsione di intermodulazione.

Isolamento e schermatura nei circuiti RF

Su PCB trasmettitori digitali compatti, dove circuiti digitali, analogici e RF coesistono, prevenire le interferenze reciproche è la sfida progettuale principale.

• Partizionamento Fisico: Durante il layout, i moduli funzionali come le aree di elaborazione digitale, i loop ad aggancio di fase (PLL), gli oscillatori controllati in tensione (VCO) e gli amplificatori di potenza (PA) dovrebbero essere fisicamente isolati per impedire che i segnali RF ad alta potenza si accoppino in circuiti di controllo e clock sensibili.
• Design del Contenitore di Schermatura: Per moduli RF critici come VCO e PLL, i pad per le schermature metalliche sono tipicamente progettati sul PCB. HILPCB può produrre con precisione questi complessi schemi di pad, garantendo un'installazione affidabile delle schermature per formare una gabbia di Faraday che blocca efficacemente le interferenze elettromagnetiche esterne.
• Barriere di Isolamento di Massa: Tra diverse aree funzionali, l'uso di una "parete" di vie di massa può bloccare efficacemente i percorsi di propagazione del rumore lungo la superficie del PCB. Questo è particolarmente importante quando si progettano circuiti di misurazione di precisione come i PCB per accoppiatori direzionali.

Controllo di precisione del clock e del jitter

La qualità dell'audio digitale dipende direttamente dalla stabilità e dalla purezza del segnale di clock. Il jitter del clock si traduce direttamente in rumore di fase nel segnale audio, portando a una qualità del suono degradata, manifestata come suono sfocato e posizionamento impreciso del palcoscenico sonoro.

• Sorgente di clock ad alta stabilità: Utilizzare oscillatori a cristallo compensati in temperatura (TCXO) o oscillatori a cristallo controllati da forno (OCXO) come sorgente di clock principale.
• Instradamento dell'albero di clock: Le tracce del segnale di clock dovrebbero essere il più corte e diritte possibile, lontano da qualsiasi fonte di rumore. Utilizzare strutture stripline o microstrip con rigorosa corrispondenza di impedenza. Per la distribuzione del clock multi-percorso, dovrebbero essere impiegati buffer di clock dedicati e le lunghezze delle tracce per ogni ramo devono essere rigorosamente uguali per controllare lo skew del clock.

Un sistema di clock a basso jitter è un prerequisito per ottenere una trasmissione audio digitale ad alta fedeltà, e la sua importanza non è inferiore a quella di qualsiasi algoritmo di elaborazione audio.