Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
Elektronisches Design

Elektronisches Design - Wie reduziert man den HF-Effekt im PCB-Design?

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Elektronisches Design - Wie reduziert man den HF-Effekt im PCB-Design?

Wie reduziert man den HF-Effekt im PCB-Design?

2022-01-02
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Author:pcb

Die Verbindung des Leiterplattensystems umfasst Chip zu Leiterplatte, Verbindung in Leiterplatte und Verbindung zwischen Leiterplatte und externen Geräten. Im HF-Design sind die elektromagnetischen Eigenschaften am Verbindungspunkt eines der Hauptprobleme, mit denen das Engineering-Design konfrontiert ist. Dieses Papier stellt verschiedene Fähigkeiten der oben genannten drei Arten von Verbindungsdesign vor, einschließlich Geräteinstallationsmethoden, Verdrahtungsisolierung und Maßnahmen zur Reduzierung der Bleiinduktivität.


Die Frequenz des Leiterplattendesigns ist höher und höher. Mit dem kontinuierlichen Wachstum der Datenrate lässt die für die Datenübertragung erforderliche Bandbreite auch die obere Grenze der Signalfrequenz 1GHz oder sogar höher erreichen. Obwohl diese Hochfrequenzsignaltechnologie weit über den Bereich der Millimeterwellentechnologie (30ghz) hinausgeht, umfasst sie auch HF- und Low-End-Mikrowellentechnologie.


Aufgrund der Erhöhung der Frequenz steigt der reine Widerstand des Metallleiters mit der Erhöhung der Impedanz. Dies liegt daran, dass die Wirkung des Magnetfeldes die Übertragung des Stroms mehr und mehr zur Metalloberfläche neigt. Wenn dagegen Gleichstrom auf den Leiter angelegt wird, ist die Stromdichte am Querschnitt des Leiters unterschiedlich und gleichmäßig. Wenn die Frequenz sehr hoch ist, ist die Tiefe der Stromübertragung auf der Oberfläche des Leiters sehr flach (der innere Leiter befindet sich auf der äußeren Oberfläche und der äußere Leiter ist auf der inneren Oberfläche). Dieses Phänomen wird Hauteffekt genannt.


Das HF-Engineering-Design-Verfahren muss in der Lage sein, mit den starken elektromagnetischen Feldeffekten umzugehen, die normalerweise im höheren Frequenzband erzeugt werden. Diese elektromagnetischen Felder können Signale auf benachbarten Signalleitungen oder Leiterplattenleitungen induzieren, was zu störendem Übersprechen (Interferenzen und Gesamtrauschen) und Schädigung der Systemleistung führt. Die Rücklaufdämpfung wird hauptsächlich durch Impedanzanpassung verursacht, die den gleichen Einfluss auf das Signal hat wie additive Rauschen und Interferenzen.


HF-Leiterplatte

Hohe Rücklaufdämpfung hat zwei negative Auswirkungen: 1 Das Signal, das zurück zur Signalquelle reflektiert wird, erhöht das Systemrauschen, wodurch es für den Empfänger schwieriger wird, das Rauschen vom Signal zu unterscheiden; 2. Jedes reflektierte Signal verschlechtert grundsätzlich die Signalqualität, weil sich die Form des Eingangssignals ändert.


Obwohl das digitale System nur 1- und 0-Signale verarbeitet und eine sehr gute Fehlertoleranz aufweist, verursachen die Oberschwingungen, die beim Anstieg des Hochgeschwindigkeitsimpulses erzeugt werden, je höher die Frequenz, desto schwächer das Signal. Obwohl Forward-Fehlerkorrektur-Technologie einige negative Effekte beseitigen kann, wird ein Teil der Systembandbreite verwendet, um redundante Daten zu übertragen, was zu einer Verringerung der Systemleistung führt. Eine bessere Lösung ist, den HF-Effekt helfen zu lassen, anstatt die Integrität des Signals zu beschädigen. Es wird empfohlen, dass die Gesamtrücklaufdämpfung bei der höchsten Frequenz (normalerweise schlechte Datenpunkte) des digitalen Systems cc25dB beträgt, was dem VSWR von 1.1 entspricht.


Das Ziel des PCB-Designs ist kleiner, schneller und kostengünstiger. Für rfpcb begrenzt Hochgeschwindigkeitssignal manchmal die Miniaturisierung des PCB-Designs. Gegenwärtig sind die Hauptmethoden, um das Übersprechenproblem zu lösen, Masseebene Management, Abstand zwischen Verdrahtung und Verringerung der Bleiinduktivität. Die wichtigste Methode zur Reduzierung der Rücklaufverluste ist die Impedanzanpassung. Diese Methode umfasst die effektive Verwaltung von Isoliermaterialien und die Isolierung von aktiver Signalleitung und Erdungskabel, insbesondere zwischen Signalleitung und Masse mit Zustandssprung.


Da der Verbindungspunkt das schwächste Glied in der Schaltungskette ist, ist im HF-Design die elektromagnetische Eigenschaft am Verbindungspunkt das Hauptproblem des technischen Entwurfs. Es ist notwendig, jeden Verbindungspunkt zu untersuchen und die bestehenden Probleme zu lösen. Die Verbindung des Leiterplattensystems umfasst Chip zu Leiterplatte, Verbindung in Leiterplatte und Signaleingangssteuerungsausgang zwischen Leiterplatte und externen Geräten.


Verbindung zwischen Chip und Leiterplatte

Ob dieses Schema effektiv ist oder nicht, IC-Designtechnologie ist der PCB-Designtechnologie in Bezug auf Hochfrequenzanwendungen weit voraus.


Verbindung in Leiterplatten

Die Fähigkeiten und Methoden des Hochfrequenz-PCB-Designs sind wie folgt:

1.45 °angle wird für die Ecke der Übertragungsleitung angenommen, um Rückverlust zu reduzieren.

2.High Performance isolierte Leiterplatte mit Isolationskonstanten Wert streng kontrolliert durch Niveau wird angenommen. Diese Methode ist förderlich für die effektive Verwaltung des elektromagnetischen Feldes zwischen dem Isoliermaterial und der benachbarten Verdrahtung.

3.Improve PCB Design Spezifikationen für hochpräzises Ätzen. Erwägen Sie, einen Gesamtlinienbreitenfehler von +/-0.0007 Zoll anzugeben, Unterschnitt und Querschnitt von Verdrahtungsformen zu verwalten und Bedingungen für die Verdrahtung der Seitenwand anzugeben. Das Gesamtmanagement der Verdrahtungsgeometrie und der Beschichtungsoberfläche ist sehr wichtig, um das Problem des Hauteffekts im Zusammenhang mit der Mikrowellenfrequenz zu lösen und diese Spezifikationen zu realisieren.

4.Die vorstehende Leitung hat Zapfeninduktivität, und die Leiterplattenkomponenten mit Leitungen müssen vermieden werden. In Hochfrequenzaumgebungen werden oberflächenmontierte Komponenten bevorzugt.

5.For Signal Vias, vermeiden Sie die Verwendung des Via-Bearbeitungsprozesses (PTH) auf der empfindlichen Platine, da dieser Prozess zur Bleiinduktivität am Via führt. Zum Beispiel, wenn ein Durchgang auf einer 20-Lagenplatte verwendet wird, um Schichten 1 bis 3 zu verbinden, kann die Bleiinduktivität Schichten 4 bis 19 beeinflussen.

6.Provide reichlich Bodenfläche. Zum Verbinden dieser Erdungsschichten müssen geformte Löcher verwendet werden, um den Einfluss des elektromagnetischen 3D-Feldes auf die Leiterplatte zu verhindern.

7.Non elektrolytisches Vernickeln oder Goldtauchverfahren muss ausgewählt werden, und HASL-Verfahren darf nicht für die Galvanik verwendet werden. Die galvanisierte Oberfläche kann einen besseren Hauteffekt für Hochfrequenzstrom zur Verfügung stellen. Darüber hinaus benötigt diese hoch schweißbare Beschichtung weniger Blei, was zur Verringerung der Umweltverschmutzung beiträgt.

8.Die Lotresistschicht kann den Fluss der Lotpaste verhindern. Aufgrund der Unsicherheit der Dicke und der Unsicherheit der Isolationsleistung ist die gesamte Plattenoberfläche jedoch mit Lotresistmaterial bedeckt, was zu großen Veränderungen der elektromagnetischen Energie im Mikrostreifendesign führt. Solterdam wird im Allgemeinen als Lotresistschicht verwendet.


Wenn Sie mit diesen Methoden nicht vertraut sind, können Sie einen erfahrenen Konstruktionsingenieur konsultieren, der sich mit dem Entwurf von militärischen Mikrowellen-Leiterplatten beschäftigt hat. Sie können auch mit ihnen besprechen, welche Preisklasse Sie sich leisten können. Zum Beispiel ist die Verwendung von kupfergestütztem coplanarem Mikrostreifen-Design wirtschaftlicher als Stripline-Design. Sie können es mit ihnen besprechen, um bessere Vorschläge zu erhalten. Gute Ingenieure sind es vielleicht nicht gewohnt, über Kosten nachzudenken, aber ihre Ratschläge sind auch sehr hilfreich. Jetzt sollten wir unser Bestes versuchen, junge Ingenieure auszubilden, die nicht mit HF-Effekt vertraut sind und keine Erfahrung im Umgang mit HF-Effekt haben, was eine langfristige Arbeit sein wird.


Darüber hinaus können andere Lösungen angenommen werden, wie die Verbesserung des Computertyps, um HF-Effektverarbeitungsfähigkeit zu haben.

HF-Leiterplatte

Leiterplattenverbindung mit externen Geräten

Es kann nun davon ausgegangen werden, dass wir alle Probleme des Signalmanagements auf der Platine und bei der Verbindung verschiedener diskreter Komponenten gelöst haben. In einem Mikrostreifen liegt die Grundebene unterhalb der aktiven Linie. Dies führt einige Kanteneffekte ein, die im Design verstanden, vorhergesagt und berücksichtigt werden müssen. Natürlich wird dieses Missverhältnis auch zu Rückenverlust führen. Diese Abweichung muss minimiert werden, um Rauschen und Signalstörungen zu vermeiden.


Das Management des Impedanzproblems in der Leiterplatte ist kein vernachlässigbares Designproblem. Die Impedanz beginnt von der Oberfläche des Leiterplattensubstrats, geht dann durch eine Lötstelle zum Stecker und endet schließlich am Koaxialkabel. Da die Impedanz mit der Frequenz variiert, je höher die Frequenz, desto schwieriger ist es, die Impedanz zu verwalten. Das Problem der Verwendung höherer Frequenzen zur Übertragung von Signalen über Breitband scheint das Hauptproblem bei der Auslegung zu sein.