Progettazione PCB - Come ridurre l'effetto RF nella progettazione PCB?

A causa dell'aumento della frequenza, the pure resistance of metal conductor will increase with the increase of impedance. Questo perché l'azione del campo magnetico rende la trasmissione della corrente sempre più tendente alla superficie metallica. On the other hand, se viene applicata corrente continua al conduttore, the current density on the cross section of the conductor is different and uniform. Quando la frequenza è molto alta, the depth of current transmission on the surface of the conductor is very shallow (the inner conductor is on the outer surface and the outer conductor is on the inner surface). Questo fenomeno è chiamato effetto cutaneo.

L'interconnessione del sistema del circuito stampato comprende chip al circuito stampato, interconnessione in PCB and interconnection between PCB e dispositivi esterni. In RF progettazione, le caratteristiche elettromagnetiche del punto di interconnessione sono uno dei principali problemi affrontati dalla progettazione ingegneristica. This paper introduces various skills of the above three types of interconnection design, compresi i metodi di installazione del dispositivo, wiring isolation and measures to reduce lead inductance.

La frequenza della progettazione del circuito stampato è sempre più alta. With the continuous growth of data rate, la larghezza di banda richiesta per la trasmissione dei dati rende anche il limite superiore della frequenza del segnale raggiungere 1GHz o anche più alto. Although this high-frequency signal technology is far beyond the range of millimeter wave technology (30ghz), coinvolge anche la tecnologia RF e a microonde di fascia bassa.

Il metodo di progettazione di ingegneria RF deve essere in grado di affrontare i forti effetti di campo elettromagnetico solitamente generati nella banda di frequenza più alta. Questi campi elettromagnetici possono indurre segnali su linee di segnale adiacenti o linee PCB, con conseguente fastidioso crosstalk (interferenza e rumore totale) e danneggiare le prestazioni del sistema. La perdita di ritorno è principalmente causata da disallineamento di impedenza, che ha lo stesso impatto sul segnale del rumore additivo e dell'interferenza.

High return loss has two negative effects: 1 The signal reflected back to the signal source will increase the system noise, rendere più difficile per il ricevitore distinguere il rumore dal segnale; 2. Any reflected signal will basically degrade the signal quality because the shape of the input signal changes.

Anche se il sistema digitale elabora solo segnali 1 e 0 e ha una tolleranza di errore molto buona, le armoniche generate quando l'impulso ad alta velocità aumenta causeranno maggiore è la frequenza, più debole è il segnale. Sebbene la tecnologia di correzione degli errori in avanti possa eliminare alcuni effetti negativi, parte della larghezza di banda del sistema viene utilizzata per trasmettere dati ridondanti, con conseguente riduzione delle prestazioni del sistema. Una soluzione migliore è lasciare che l'effetto RF aiuti piuttosto che danneggiare l'integrità del segnale. Si raccomanda che la perdita totale di ritorno alla frequenza più alta (solitamente punti dati poveri) del sistema digitale sia - 25dB, che è equivalente a VSWR di 1.1.

L'obiettivo di PCB design is smaller, più veloce e più basso costo. For rfpcb, Il segnale ad alta velocità limita talvolta la miniaturizzazione di PCB design. Attualmente, the main methods to solve the crosstalk problem are ground plane management, spaziatura tra cablaggio e riduzione dell'induttanza del piombo. The main method to reduce the return loss is impedance matching. Questo metodo include una gestione efficace dei materiali isolanti e l'isolamento della linea di segnale attiva e del filo di terra, especially between signal line and ground with state jump.

Poiché il punto di interconnessione è l'anello più debole della catena del circuito, nella progettazione RF, la proprietà elettromagnetica al punto di interconnessione è il problema principale affrontato dalla progettazione ingegneristica. È necessario indagare ogni punto di interconnessione e risolvere i problemi esistenti. L'interconnessione del sistema del circuito stampato comprende chip a circuito stampato, interconnessione in PCB e segnale di ingresso / uscita tra PCB e dispositivi esterni.

Interconnessione tra chip e PCB

Se questo regime è efficace o meno, IC design technology is far ahead of PCB tecnologia di progettazione in termini di applicazioni ad alta frequenza.

Interconnessione in PCB

Le competenze e i metodi di alta frequenza PCB design are as follows:

1. L'angolo di 45° deve essere adottato per l'angolo della linea di trasmissione per ridurre la perdita posteriore.

2. High performance insulated circuit board with insulation constant value strictly controlled by level shall be adopted. Questo metodo è favorevole alla gestione efficace del campo elettromagnetico tra il materiale isolante e il cablaggio adiacente.

3. Migliorare le specifiche di progettazione PCB per l'incisione ad alta precisione. Considera di specificare un errore di larghezza totale della linea di + / - 0,0007 pollici, gestire il sottostrato e la sezione trasversale delle forme di cablaggio e specificare le condizioni di placcatura dei lati del cablaggio. La gestione complessiva della geometria del cablaggio (filo) e della superficie del rivestimento è molto importante per risolvere il problema dell'effetto della pelle relativo alla frequenza delle microonde e realizzare queste specifiche.

4. The protruding lead has tap inductance, e i componenti con cavi devono essere evitati. In high frequency environments, I componenti di montaggio superficiale sono preferiti.

5. per via del segnale, evitare di utilizzare il processo di lavorazione via (PTH) sul bordo sensibile, perché questo processo porterà all'induttanza di piombo alla via. Ad esempio, quando una via su una scheda a 20 strati viene utilizzata per collegare gli strati da 1 a 3, l'induttanza del piombo può influenzare gli strati da 4 a 19.

6. Fornire abbondante piano di terra. Molded holes shall be used to connect these grounding layers to prevent the influence of 3D electromagnetic field on the circuit board.

7. La nichelatura non elettrolitica o il processo di immersione dell'oro deve essere selezionato e il metodo HASL non deve essere utilizzato per la galvanizzazione. La superficie galvanizzata può fornire un migliore effetto della pelle per corrente ad alta frequenza. Inoltre, questo rivestimento altamente saldabile richiede meno cavi, il che contribuisce a ridurre l'inquinamento ambientale.

8. The solder resist layer can prevent the flow of solder paste. Tuttavia, due to the uncertainty of thickness and the uncertainty of insulation performance, l'intera superficie del piatto è coperta con materiale resistente alla saldatura, which will lead to great changes in electromagnetic energy in microstrip design. Solderdam è generalmente usato come strato di resistenza della saldatura.

Se non si ha familiarità con questi metodi, è possibile consultare un ingegnere di progettazione esperto che è stato impegnato nella progettazione militare di circuiti stampati a microonde. Puoi anche discutere con loro la fascia di prezzo che puoi permetterti. Ad esempio, l'utilizzo di un microtrip coplanare con supporto in rame è più economico del design a stripline. Si può discutere con loro per ottenere suggerimenti migliori. I buoni ingegneri possono non essere abituati a pensare ai costi, ma il loro consiglio è anche molto utile. Ora dovremmo fare del nostro meglio per formare giovani ingegneri che non hanno familiarità con l'effetto RF e mancano di esperienza nel trattare con l'effetto RF, che sarà un lavoro a lungo termine.

In addition, altre soluzioni possono essere adottate, such as improving the computer type to have RF effect processing capability.

PCB interconnessione con dispositivi esterni

Ora si può considerare che abbiamo risolto tutti i problemi di gestione del segnale sulla scheda e sull'interconnessione di vari componenti discreti. In un microtrip, il piano di terra è sotto la linea attiva. Questo introduce alcuni effetti di bordo che devono essere compresi, previsti e considerati nella progettazione. Naturalmente, questo disallineamento porterà anche alla perdita della schiena. Questo disallineamento deve essere minimizzato per evitare rumori e interferenze del segnale.

The management of impedance problem in circuit board is not a negligible design problem. L'impedenza parte dalla superficie del circuito stampato, then passes through a solder joint to the connector, e infine termina al cavo coassiale. Since the impedance varies with frequency, maggiore è la frequenza, the more difficult it is to manage the impedance. Il problema dell'uso di frequenze più elevate per trasmettere segnali a banda larga sembra essere il problema principale nella progettazione.