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

L'interconnessione del sistema del circuito stampato comprende chip al circuito stampato, interconnessione in PCB e interconnessione tra PCB e dispositivi esterni. Nella progettazione RF, le caratteristiche elettromagnetiche al punto di interconnessione è uno dei problemi principali affrontati dalla progettazione ingegneristica. Questo articolo introduce varie abilità dei tre tipi di progettazione di interconnessione sopra, tra cui metodi di installazione del dispositivo, isolamento dei cavi e misure per ridurre l'induttanza del piombo.

La frequenza della progettazione del circuito stampato è sempre più alta. Con la crescita continua della velocità dei dati, 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. Sebbene questa tecnologia del segnale ad alta frequenza sia ben oltre la gamma della tecnologia dell'onda millimetrica (30ghz), coinvolge anche RF e tecnologia a microonde di fascia bassa.

A causa dell'aumento della frequenza, la resistenza pura del conduttore metallico aumenterà con l'aumento dell'impedenza. Questo perché l'azione del campo magnetico rende la trasmissione della corrente sempre più tendente alla superficie metallica. D'altra parte, se si applica corrente continua al conduttore, la densità di corrente sulla sezione trasversale del conduttore è diversa e uniforme. Quando la frequenza è molto alta, la profondità di trasmissione della corrente sulla superficie del conduttore è molto bassa (il conduttore interno è sulla superficie esterna e il conduttore esterno è sulla superficie interna). Questo fenomeno è chiamato effetto pelle.

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.

L'alta perdita di ritorno ha due effetti negativi: 1 Il segnale riflesso alla sorgente del segnale aumenterà il rumore del sistema, rendendo più difficile per il ricevitore distinguere il rumore dal segnale; 2. Qualsiasi segnale riflesso fondamentalmente degrada la qualità del segnale perché la forma del segnale in ingresso cambia.

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 più alta frequenza (solitamente punti dati poveri) del sistema digitale è - 25dB, che è equivalente a VSWR di 1,1.

L'obiettivo della progettazione PCB è più piccolo, più veloce e più basso costo. Per rfpcb, il segnale ad alta velocità a volte limita la miniaturizzazione della progettazione PCB. Attualmente, i metodi principali per risolvere il problema crosstalk sono la gestione del piano di terra, la spaziatura tra il cablaggio e la riduzione dell'induttanza del piombo. Il metodo principale per ridurre la perdita di ritorno è la corrispondenza dell'impedenza. Questo metodo include una gestione efficace dei materiali isolanti e l'isolamento della linea di segnale attiva e del cavo di terra, in particolare tra linea di segnale e terra con salto di stato.

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

Che questo schema sia efficace o meno, la tecnologia di progettazione IC è molto avanti rispetto alla tecnologia di progettazione PCB in termini di applicazioni ad alta frequenza.

Interconnessione in PCB

Le competenze e i metodi di progettazione PCB ad alta frequenza sono i seguenti:

1.45 Â ° angolo deve essere adottato per l'angolo della linea di trasmissione per ridurre la perdita posteriore.

2. Il circuito stampato isolato ad alte prestazioni con il valore costante dell'isolamento rigorosamente controllato dal livello deve essere adottato. 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. Considerare 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 del lato 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. Il cavo sporgente ha induttanza del rubinetto e i componenti del pcb con i cavi devono essere evitati. Negli ambienti ad alta frequenza, 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.Provide piano terra abbondante. Per collegare questi strati di messa a terra devono essere utilizzati fori stampati per impedire l'influenza del campo elettromagnetico 3D sul circuito stampato.

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,che contribuisce a ridurre l'inquinamento ambientale.

8. Lo strato di resistenza della saldatura può impedire il flusso della pasta di saldatura. Tuttavia, a causa dell'incertezza dello spessore e dell'incertezza delle prestazioni di isolamento, l'intera superficie della piastra è coperta di materiale resistente alla saldatura, che porterà a grandi cambiamenti nell'energia elettromagnetica nella progettazione di microstrip. Solderdam è generalmente usato come strato resistente alla saldatura.

Se non si ha familiarità con questi metodi, è possibile consultare un ingegnere di progettazione esperto che è stato impegnato nella progettazione militare del circuito 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 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 provare il nostro meglio per formare i 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.

Inoltre, altre soluzioni possono essere adottate, come migliorare il tipo di computer per avere capacità di elaborazione dell'effetto RF.

Interconnessione PCB 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.

La gestione del problema di impedenza nel circuito stampato non è un problema di progettazione trascurabile. L'impedenza inizia dalla superficie del substrato del PWB, quindi passa attraverso un giunto di saldatura al connettore e infine termina al cavo coassiale. Poiché l'impedenza varia con frequenza, maggiore è la frequenza, più difficile è gestire l'impedenza. Il problema dell'utilizzo di frequenze più elevate per trasmettere segnali a banda larga sembra essere il problema principale della progettazione.