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Tecnologia RF
In che modo la banda ad alta frequenza del 5G influisce sull'integrità del segnale?
Tecnologia RF
In che modo la banda ad alta frequenza del 5G influisce sull'integrità del segnale?

In che modo la banda ad alta frequenza del 5G influisce sull'integrità del segnale?

2021-11-18
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Author:iPCBer

La frequenza operativa del 5G sarà molto superiore a quella del 4G, forcing PCB designers to reconsider their Scheda PCBmetodi di progettazione e fabbricazione.
With the advent of 5G, electrical engineers must reconsider (and sometimes redesign) their PCBs and other infrastructure to support the high frequencies of the new spectrum. Signal integrity will become the primary issue in the design of 5G PCB boards.

5G's position on the electromagnetic spectrum
In this article, let us look at the impact of higher frequencies on PCB signal integrity and ways to alleviate these problems.

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Perché la frequenza 5G è cattiva per l'integrità del segnale?
In circuit board design, Un aumento della frequenza avrà molti effetti indesiderati sull'integrità del segnale, in particolare gli effetti di aumento del rumore e dell'attenuazione.

Noise
Regarding noise, La prima cosa da considerare è che man mano che la frequenza del sistema aumenta, signal reflection becomes more and more important. Secondo la teoria della linea di trasmissione, reflection is directly related to the ratio of transmission line length to signal wavelength.

Signal reflection
We also know that the signal wavelength decreases as the frequency increases (λ = v / f). Pertanto, as 5G introduces higher frequencies, i progettisti devono anche considerare gli effetti dei riflessi del segnale, such as ringing or other distortions, che causerà più rumore nel sistema e ridurrà efficacemente SNR.

Capacitive and inductive coupling
In addition, poiché capacità e induttanza sono correlate al tasso di cambio di tensione e corrente, respectively, gli effetti dell'accoppiamento capacitivo e dell'accoppiamento induttivo diventano più rilevanti. This also generates noise and distortion, che riduce la SNR.

Attenuation and skin effect
Regarding attenuation, una considerazione importante è il cosiddetto effetto cutaneo. It essentially shows that as the frequency of the signal increases, la profondità di penetrazione del segnale nel conduttore diminuisce.

Skin effect
The important meaning of the skin effect is that as higher frequencies pass through a smaller area, Incontreranno una maggiore resistenza e causeranno una maggiore perdita IR. This loss also reduces SNR.

Ways to improve SNR in 5G design
In high-speed design, there are many factors that affect signal integrity. Quindi, what can designers of 5G PCB boards do?

Control circuit board impedance
An important step to reduce signal reflection and attenuation is to control the impedance of the circuit board. Having properly terminated wiring and a well-designed impedance matching network is essential to prevent signal reflections and provide maximum power to the circuit module.
Focus on impedance in manufacturing: mSAP
The impedance control problem can also be solved when manufacturing circuit boards. The traditional PCB manufacturing process has the disadvantage of creating traces with trapezoidal cross-sections. Queste sezioni trasversali cambieranno l'impedenza della traccia stessa, which severely limits 5G applications.
One solution is to use mSAP (semi-additive manufacturing process) technology, which allows manufacturers to create traces with higher accuracy. La geometria del circuito di controllo può anche aiutare ad alleviare l'effetto della pelle e la perdita di potenza del segnale causata da esso.
Subtraction and mSAP process. Image courtesy of Proto-Electronics
Place components and traces
When mitigating effects such as coupling, the most important thing is to wisely connect components and traces to each other and to ground. Per esempio, a multi-layer PCB with a buried ground plane and power plane may be a useful solution.
Placing sensitive lines near the ground plane forces capacitive coupling with ground (as opposed to other lines) and provides a low-inductance return path for high-speed signals.
More considerations for 5G design
Although this article does not address an exhaustive list of all issues or solutions, Abbiamo esaminato alcuni dei problemi avanzati di integrità del segnale nelle frequenze 5G e possibili soluzioni di progettazione per risolvere questi problemi.
Obviously, Il 5G porterà sfide di integrità del segnale agli ingegneri PCB, because the frequency-dependent effects of noise and attenuation will reduce SNR. Per un design 5G di successo, some factors not considered in this article (such as the choice of dielectric and substrate materials) are equally important.