6-2025

TitelstoryIntegration

TitelstoryIntegration von HF-Funktionalität in Design-ProjekteWährend verschiedene HF-Projekte undDesign-Ziele ganz unterschiedlicheLeistungsspezifikationen haben, weisenHF-Designs beim grundlegendenHerangehen jedoch gleiche oder ähnlicheAspekte auf.Das sollte jedoch nicht darüber hinwegtäuschen,dass bei der Entwicklung vonHF-Anwendungen unabhängig von Zweckund Leistungsspezifikationen verschiedeneDesign-Aspekte berücksichtigt werden müssen.In welchem Maße, hängt von der Produktklasseab und von der Frage, wie schwerwiegendein möglicher Kommunikationsfehlerwäre. Hier zu sündigen bedeutet, denErfolg des Endprodukts zu riskieren.Das zukünftige Produktaus Sicht des Nutzers sehenEin HF-Design ist wenig wertvoll, wennder Benutzer das Endprodukt nicht möglichsteinfach bedienen kann. KonfigurierbareEinstellungen sind daher sorgfältigabzuwägen, denn sie können nicht nur dasDesign verkomplizieren, sondern auch demNutzer Zeit stehlen.FlowCADwww.FlowCAD.comEMA Design Automationwww.ema-eda.comDarum sollte bei der Festlegung der Design-Spezifikationen und -Anforderungen beispielsweiseFolgendes berücksichtigt werden:1. Muss oder möchte der Endnutzerdie Sende- und Empfangsfrequenzenändern?2. Möchte oder muss der Endnutzerdie Sendeleistung ändern?3. Möchte oder muss der Endnutzerden Level der Rauschsperre ändern?4. Unterstützt die Schaltung verschiedeneModulationsarten?Beantwortet der Designer eine dieser Fragenmit „Ja“, muss das Design so gestaltetwerden, dass der Benutzer die Parameterändern kann.Design und PrototypHat man viel Zeit und Budget zur Verfügung, kann man sichdie Zeit nehmen, eigenen Module zu entwerfen und Prototypen zuerstellen. Das hat den zusätzlichen Vorteil, dass man genau weiß,was „unter der Haube“ steckt und wie alles mit denverschiedenen Teilen des Entwurfs zusammenwirken soll.Commercial-Off-The-ShelfAndererseits gibt es vielleicht keinen Grund, das Rad neu zuerfinden, wenn es für einen Aspekt des Designs eine COTS- Variantegibt, die sich leicht integrieren lässt.Es stehen verschiedene COTS-Optionen für Antennen, Filter,Stromversorgungen, SOIC und mehr zur Verfügung.VorteileNachteileVorteileNachteile Man weiß alles,was es über die Schaltung zuwissen gibt. Man besitzt alle Rechte amDesign hinsichtlich Lizenzgebühren Man kann die Implementierungvollständig für die spezifischenEntwurfsanforderungenwie z.B. Kosten, Platz,Leistung, ... optimieren Die Gestaltung aller Aspekteerfordert Zeit. Die Integration leichtverfügbarer Module/Komponenten spart Zeit. Je nach Bauteil stehenevtl. mehrere Optionenzur Verfügung. Für die Komponente/dasModul fallen evtl. Lizenzgebührenan, die zusätzlicheKosten verursachen. Es stehen evtl. mehrereOptionen zur Verfügung, wasdie Suche nach kompatiblenBauteilen verlängert. Bei Leistung oder Größe mussman evtl. Abstriche machen,um vorhandene Bauteileverwenden zu können.Kasten 1: Abwägungen mit einigen Vor- und Nachteilen für die Umsetzung des Projekts6 hf-praxis 6/2025

TitelstoryUm die Benutzerfreundlichkeit eines HF-Geräts zu verbessern – insbesondere einesGeräts mit benutzerkonfigurierbaren Funktionen– müssen User Experience (UX)und Schnittstellendesign sowie funktionaleFlexi bilität berücksichtigt werden. Gleichzeitigsind die Leistung und die Einhaltunggesetzlicher Vorschriften zu gewährleisten.Die Möglichkeit Over-the-Air Updates zuaktivieren, ermöglicht es z.B. dem Nutzer,konfigurierbare Funktionen zu verbessernoder hinzuzufügen, ohne dass ein Hardwareaustauscherforderlich ist.Letztendlich muss sich der Designer in dieLage des Benutzers versetzen. „Wenn ichdieses Produkt benutze – würde es michbegeistern oder würde ich eher frustriertsein?“Obwohl es unmöglich ist, alle Anwendungsfälleabzudecken, ist es wichtig, dasProdukt so intuitiv wie möglich zu gestalten.Bei HF-Designs kann man Erstnutzerunter anderem durch einfache und intuitiveMöglichkeiten zum Ändern von Frequenzen,Rauschsperren-Levels, Leistungsstufen usw.zu begeisterten Anwendern machen. Umdies zu erreichen, ist es jedoch wichtig, einhochfunktionales PCB-Layout zu erstellen.Umsetzung oder Das „Wie“Sobald man das „Was“ und „Warum“ desProjekts verstanden hat, muss man über das„Wie“ nachdenken. Setzen wir auf handelsüblicheProdukte (Commercial-Off-the-Shelf, COTS, s. Kasten 1) für Antennen bzw.Filter, oder entwickeln wir eine kundenspezifischeAntenne bzw. Filterung entsprechendden Anforderungen? Wie beiallen Projekten hängt die Umsetzung vonzwei Faktoren ab: Zeit und Geld.Hier gilt: Keine Wahl ist eine falsche Wahl,ganz egal ob man sich dafür entscheidet, vonGrund auf neu zu entwerfen oder leicht verfügbareModule zu integrieren. Jedes Projektist anders und erfordert eine entsprechendePlanung im Vorfeld, um sicherzustellen,dass die richtigen Design-Entscheidungengetroffen werden.GND: Masseflächen –das elektrische FundamentDie Masseebene ist in aller Regel der wichtigsteAspekt für jedes HF-Design. Eineschlecht geerdete Leiterplatte überträgtoder empfängt HF-Signale nicht gut undist störanfällig („Masseschleifen“). Dahersollte die Schaffung optimaler Masseverhältnisseeiner der ersten Schritte des DesignsSchritt 1 Schritt 2 Schritt 3Eine Lage der Leiterplattezu einer durchgehendenSchicht aus leitfähigemMaterial definieren,normalerweise KupferVias nutzen, um dieverschiedenen Teile desDesigns mit der Kupferlagezu verbindenKasten 2: In drei Schritten zur optimalen MasseflächeBild 1: HF-Layout BeispieleGND-Lage mit demMinuspol des Netzteilsbzw. der Batterieverbindensein. Glücklicherweise ist die Erstellung derMassefläche bzw. einer GND-Lage einerLeiterplatte ziemlich einfach und kann mitden im Kasten 2 aufgeführten drei Schrittenerfolgreich durchgeführt werden. Mitdiesen Schritten wird eine grundlegendeGND-Lage für den HF-Entwurf erstellt,die jedoch je nach den Anforderungen desEntwurfs noch effizienter gestaltet werdenkann, s. dazu die Kästen 1 und 3.Das zweiteilige Bild 1 zeigt HF-LayoutBeispiele. Hierzu folgender Hinweis: DasHinzufügen mehrerer Shorts zwischen verschiedenenGround Domains kann aufgrundder erhöhten Induktivität mehr Schaden alsNutzen bringen. In solchen Fällen ist esmöglicherweise besser, eine vollflächigeMasseebene zu halten oder separate Masseebenenfür jeden Schaltungsteil zu erstellen.Mithilfe von Simulations-Software kannman ermitteln, welche Technik die meistenVorteile für das Design bietet.HF-Schaltungen sind mehr oder wenigerempfindlich gegenüber externen Störungen.Eine ordnungsgemäße Erdung zu Beginndes Entwurfsprozesses bildet die Grundlagefür ein erfolgreiches HF-Design undträgt zum Schutz dieser empfindlichenSchaltungen bei.Analoge und digitale Schaltungstechnik HF-Schaltungstechnik PCB-LeiterbahnantennenWenn die Leiterplatte sowohl analoge alsauch digitale Schaltkreise enthält, sollteman für beide Schaltungen zwei separateMasseflächen erstellen, die durch einedünne Kupferbrücke verbunden sind.Dies verhindert Übersprechen zwischenden beiden Bereichen.Kasten 3: Grundkonzepte und MassegestaltungMan sollte in Erwägung ziehen, dieHF-Schaltkreise mit Durchkontaktierungenzu umgeben, die mit der Masseflächeverbunden sind. Dies wird als Via-Fencing bezeichnet und ist eine von vielenMöglichkeiten, die empfindlichen Schaltkreisevor elektromagnetischen Störungenund/oder Übersprechen von anderenBereichen der Leiterplatte zu schützen.Möchte man eine PCB-Leiterbahnantennein das Design integrieren, platziert manKEINE Masse fläche unter dieser Leiterbahn.Dadurch wird verhindert, dass daseingehende oder ausgehende Signal vonder Massefläche absorbiert wird.hf-praxis 6/2025 7