Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Methoden zur Reduzierung von HF-Effekten im PCB-Board Interconnect Design
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Methoden zur Reduzierung von HF-Effekten im PCB-Board Interconnect Design

2022-06-17
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Author:pcb

Die Vernetzung von Leiterplatte System enthält einen Chip zur Platine, Zusammenschaltung innerhalb Leiterplatte, und drei Arten von Verbindungen zwischen Leiterplatte und externe Geräte. Im HF-Design, Die elektromagnetischen Eigenschaften an der Verbindungsstelle sind eines der Hauptprobleme bei der technischen Planung. Dieser Artikel stellt verschiedene Techniken für die oben genannten drei Arten des VerbindungsDesigns vor, einschließlich Montagemethoden für Geräte, Isolierung der Verkabelung, Maßnahmen zur Verringerung der Bleiinduktivität, und viele mehr. Es gibt derzeit Anzeichen dafür, dass die Häufigkeit von Leiterplattendesigns immer höher wird. Da die Datenraten weiter steigen, Die für die Datenübertragung erforderliche Bandbreite drückt auch die obere Grenze der Signalfrequenzen auf 1 GHz und darüber hinaus. Diese Hochfrequenzsignaltechnik, while well beyond mmWave technology (30GHz), beinhaltet auch HF- und Low-End-Mikrowellentechnologie.

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HF-Engineering-Methoden müssen in der Lage sein, die stärkeren elektromagnetischen Feldeffekte zu bewältigen, die typischerweise bei höheren Frequenzen auftreten. Diese elektromagnetischen Felder können Signale auf benachbarten Signalleitungen oder Leiterplattenspuren induzieren, unerwünschtes Übersprechen (Interferenzen und Gesamtrauschen) verursachen und die Systemleistung beeinträchtigen. Rücklaufverluste werden hauptsächlich durch Impedanzanpassungen verursacht und können den gleichen Effekt auf das Signal haben wie additive Rauschen und Interferenzen. Hohe Rücklaufdämpfung hat zwei negative Auswirkungen: 1. Signalreflexionen zurück zur Quelle fügen dem System Rauschen hinzu, wodurch es für den Empfänger schwieriger wird, das Rauschen vom Signal zu unterscheiden; 2. Jedes reflektierte Signal verschlechtert grundsätzlich die Signalqualität, weil sich die Eingangssignalform geändert hat. Obwohl digitale Systeme sehr fehlertolerant sind, weil sie nur mit 1s und 0s umgehen, können die Oberschwingungen, die beim Ansteigen eines Hochgeschwindigkeitsimpulses erzeugt werden, bei höheren Frequenzen ein schwächeres Signal verursachen. Obwohl Forward-Fehlerkorrekturtechniken einige negative Effekte beseitigen können, wird ein Teil der Systembandbreite verwendet, um redundante Daten zu übertragen, was zu einer verringerten Systemleistung führt. Eine bessere Lösung besteht darin, HF-Effekte helfen zu lassen, anstatt die Signalintegrität zu beeinträchtigen. Rückgabe bei empfohlenen digitalen Systemfrequenzen (meist schlechtere Datenpunkte)

Der Gesamtverlust beträgt -25dB, was einem VSWR von 1.1 entspricht.


Das Ziel der Leiterplatte Design soll kleiner sein, schneller, und günstiger. Für HF Leiterplattes, Hochgeschwindigkeitssignale begrenzen manchmal die Miniaturisierung von Leiterplatte designs. Zur Zeit, Die wichtigsten Methoden, um das Problem des Übersprechens zu lösen, sind Bodenebenenmanagement, Abstand zwischen den Verkabelungen, und Verringerung der Bolzenkapazität. Der Hauptweg zur Reduzierung der Rücklaufverluste ist durch Impedanzanpassung. Diese Methode umfasst ein effektives Management von Dämmstoffen und die Isolierung von aktiven Signal- und Masseleitungen, insbesondere zwischen Signalleitungen und Masse, wo Zustandsübergänge auftreten. Da der Verbindungspunkt das schwächste Glied in der Schaltungskette ist, in HF-Design, Die elektromagnetischen Eigenschaften am Verbindungspunkt sind die Hauptprobleme, mit denen sich das Engineering konfrontiert sieht, und jeder Verbindungspunkt sollte geprüft und die bestehenden Probleme gelöst werden. Die Verbindung des Leiterplattensystems umfasst drei Arten der Verbindung: Chip zur Leiterplatte, Verbindung innerhalb der Leiterplatte, und Signaleingang/zwischen dem Leiterplatte und externe Geräte.


Chip-zu-PCB-Verbindung

Die Pentium IV- und High-Speed-Chips mit einer großen Anzahl von I/O-Verbindungspunkten sind bereits verfügbar. Was den Chip selbst betrifft, ist seine Leistung zuverlässig, und die Verarbeitungsrate konnte 1GHz erreichen. Die Begeisterung auf dem Near-GHz Interconnect Symposium (www.az.ww.com) ist, dass Methoden zum Umgang mit der wachsenden Anzahl und Häufigkeit von I/Os bekannt sind. Das Hauptproblem bei der Chip-zu-PCB-Verbindung besteht darin, dass die Verbindungsdichte so hoch ist, dass die Grundstruktur des Leiterplattenmaterials zum begrenzenden Faktor für das Wachstum der Verbindungsdichte wird. Auf dem Treffen wurde eine innovative Lösung vorgestellt, bei der ein lokaler Funksender im Chip verwendet wird, um Daten an eine benachbarte Leiterplatte zu übertragen. Ob diese Lösung funktioniert oder nicht, den Teilnehmern war klar, dass IC-Designtechniken bei Hochfrequenzanwendungen die Leiterplattendesigntechniken weit übertroffen haben. Die Fähigkeiten und Methoden für Hochfrequenz-Leiterplattendesign sind wie folgt:

1) Die Ecke der Übertragungsleitung sollte 45° sein, um den Rücklaufverlust zu verringern;

2) Eine Hochleistungs-Isolierplatine, deren Isolationskonstanter Wert streng nach dem Niveau kontrolliert wird, sollte verwendet werden. Dieser Ansatz erleichtert das effiziente Management von elektromagnetischen Feldern zwischen Dämmstoffen und angrenzenden Verdrahtungen.

3) Es ist notwendig, die PCB-Board-Design-Spezifikationen für hochpräzises Ätzen zu verbessern. Erwägen Sie, einen Gesamtfehler von +/- 0.0007 Zoll in der Leitungsbreite anzugeben, den Hinterschnitt und den Querschnitt der Verdrahtungsform zu verwalten und die Verdrahtungsseitenwandplattierungsbedingungen anzugeben. Das Gesamtmanagement der Verdrahtungsgeometrie und der Beschichtungsoberfläche ist wichtig, um Hauteffektprobleme im Zusammenhang mit Mikrowellenfrequenzen anzugehen und diese Spezifikationen zu erreichen.

4) Es gibt eine Zapfeninduktivität in den hervorstehenden Leitungen, und die Verwendung von Komponenten mit Leitungen sollte vermieden werden. Verwenden Sie für hochfrequente Umgebungen Komponenten zur Oberflächenmontage.

5) Vermeiden Sie bei Signaldurchgängen die Verwendung des Durchverarbeitungsprozesses (pth) auf der empfindlichen Platine, da dieser Prozess die Bleiinduktivität am Durchgang verursacht. Zum Beispiel, wenn ein Durchgang auf einer 20-Lagen-Platine verwendet wird, um Schichten 1 bis 3 zu verbinden, kann die Bleiinduktivität Schichten 4 bis 19 beeinflussen.

6) Um eine reiche Bodenfläche zur Verfügung zu stellen. Diese Masseebenen sind mit geformten Löchern verbunden, um die Auswirkungen von 3D elektromagnetischen Feldern auf der Platine zu verhindern.

7) Um das galvanische Vernickeln oder Eintauchvergolden zu wählen, verwenden Sie nicht das HASL-Verfahren. Diese beschichtete Oberfläche sorgt für einen besseren Hauteffekt bei hochfrequenten Strömen. Darüber hinaus benötigt diese hochlötbare Beschichtung weniger Blei und trägt zur Verringerung der Umweltbelastung bei.

8) Lötmaske verhindert den Fluss von Lötpaste. Die Abdeckung der gesamten Leiterplattenoberfläche mit Lötmaskenmaterial führt jedoch zu großen Schwankungen der elektromagnetischen Energie im Mikrostreifendesign aufgrund von Dickenunsicherheit und unbekannten Isoliereigenschaften. Ein Lötdammer wird in der Regel als Lötmaske verwendet.


Wenn Sie mit diesen Methoden nicht vertraut sind, Konsultieren Sie einen erfahrenen Konstrukteur, der an militärischen Mikrowellen-Leiterplatten gearbeitet hat. Sie können auch mit ihnen besprechen, welche Preisklasse Sie sich leisten können. Zum Beispiel, Ein kupferbasiertes coplanares Mikrostreifen-Design ist wirtschaftlicher als ein Stripline-Design, und Sie können dies mit ihnen für einen besseren Bau besprechen. Ingenieure sind es vielleicht nicht gewohnt, über Kosten nachzudenken, aber ihr Rat kann sehr hilfreich sein. Der Versuch, junge Ingenieure auszubilden, die mit HF-Effekten nicht vertraut sind und unerfahren im Umgang mit HF-Effekten sind, wird ein langfristiges Unterfangen sein.. Darüber hinaus, weitere Lösungen sind verfügbar, z. B. Nachrüstung des Computers mit der Fähigkeit, HF-Effekte zu verarbeiten. Es kann nun davon ausgegangen werden, dass wir alle Probleme des Signalmanagements auf der Platine und der Verbindung der verschiedenen diskreten Komponenten gelöst haben.. Auch wie löst man den Signaleingang/Ausgabeproblem von der Leiterplatte zu den Drähten, die mit dem Remote-Gerät verbunden sind? Trompeter Elektronik, Innovator in der Koaxialkabeltechnik, arbeitet an der Lösung dieses Problems und hat einige wichtige Fortschritte gemacht. Also, Blick auf die angegebenen elektromagnetischen Felder. In diesem Fall, Wir managen den Übergang zwischen Microstrip und Coax. In einem Koaxialkabel, Die Bodenebenen sind in einem Ring verwoben und gleichmäßig verteilt. In Microstrip, die Bodenebene befindet sich unterhalb der aktiven Linie auf Leiterplatte.