无线通信模块PCB电磁兼容性研究

摘要

无线通信技术在过去十年里完全改变了人类与世界互动的方式，可以预测，接下来的很长一段时间里，这种影响将更为显著。更高速率的互联网无线接入和无线传感器网络无疑是驱动力最强的两个研究方向。然而，这两方面技术的实现都必须建立在设计出能可靠工作的无线通信模块PCB的基础之上。这种高速率、小体积、同时包含数字与模拟电路的射频模块存在潜在的却不可忽视的问题，即电磁兼容性。 面对种类繁多的电子系统PCB以及越来越快的时钟频率，高速PCB设计方法的研究得到专业人员的广泛重视和深入研究。论文在分析电子系统电气参数和信号完整性的基础上，研究高速PCB的电磁兼容性。从电磁理论着手，深入研究电子系统板级信号完整性问题，对模块中可能出现的各类干扰进行理论分析，找出解决办法，并利用仿真软件加以验证。在研究过程中，以基于CC2530的无线通信模块为设计对象，详细分析了对模块的天线、射频前端阻抗匹配以及差分对等关键部分的参数特征。在设计过程中，自始至终充分考虑、深入分析各模块的信号完整性设计要求，应用HyperLynx、ADS、HFSS以及SigXplorer等电磁场仿真软件辅助分析、研究，完成了无线通信模块的电路设计及PCB设计。经测试，所设计的无线通信模块最低功耗仅4.0mW，接收灵敏度达-97dBm，可靠传输距离高达250米。 论文在充分考虑信号完整性问题的基础上，完成了模块的PCB设计。论文的研究方法对于未来更高复杂度、更高速率的无线通信模块的设计，具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 PCB电磁兼容设计研究现状

1．2．2 Zigbee技术与无线传感器网络

1．3 本文主要工作与结构安排

第2章 PCB电磁兼容性研究

2．1 概述

2．1．1 高速数字电路的概念

2．1．2 信号完整性问题概述

2．2 传输线理论

2．2．1 均匀传输线

2．2．2 瞬态阻抗与特性阻抗

2．2．3 传输线的一阶模型

2．2．4 阻抗匹配问题

2．3 信号完整性问题分析与解决

2．3．1 反射与端接

2．3．2 串扰及抑制

2．3．3 差分对信号完整性问题

2．4 本章小结

第3章 基于CC2530的无线通信模块设计

3．1 无线传感网络概述

3．2 CC2530与CC2591介绍

3．2．1 CC2530、CC2591芯片简介

3．2．2 CC2530外围电路

3．2．3 CC2591外围电路

3．3 CC2530的倒F天线设计

3．4 本章小结

第4章 基于CC2530的无线通信模块PCB的电磁兼容分析与设计

4．1 概述

4．2 CC2591射频前端的阻抗匹配设计

4．3 RF_N与RF_P差分对信号完整性问题

4．4 无线通信模块的PCB设计

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 论文工作总结

5．2 未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢