Suggerimenti per ridurre gli effetti RF nella progettazione di interconnessione PCB

Questo articolo introdurrà varie tecniche per la progettazione dei tre tipi di interconnessioni tra il chip-to-board, l'interconnessione all'interno del Scheda PCB, e il PCB e i dispositivi esterni, compreso il montaggio del dispositivo, isolamento dei cavi, e misure per ridurre l'induttanza del piombo, ecc., per aiutare i progettisti a ridurre gli effetti RF in Scheda PCB progettazione dell'interconnessione. L'interconnessione del circuito stampato comprende: chip a circuito stampato, interconnessione all'interno del Scheda PCB, e tre tipi di interconnessione tra Scheda PCB e dispositivi esterni. Nella progettazione RF, le caratteristiche elettromagnetiche del punto di interconnessione sono uno dei principali problemi affrontati dalla progettazione ingegneristica. Questo articolo introduce varie tecniche per i tre tipi di progettazione di interconnessione di cui sopra, compresi i metodi di montaggio del dispositivo, isolamento dei cavi, e misure per ridurre l'induttanza del piombo, ecc.. Attualmente ci sono segni che la frequenza dei disegni dei circuiti stampati sta diventando sempre più alta. Mentre i tassi di dati continuano ad aumentare, la larghezza di banda richiesta per il trasferimento dei dati spinge anche il limite superiore delle frequenze del segnale a 1 GHz o superiore. Questa tecnologia di segnalazione ad alta frequenza, while well beyond mmWave technology (30GHz), coinvolge anche la tecnologia RF e a microonde di fascia bassa. I metodi di ingegneria RF devono essere in grado di gestire gli effetti di campo elettromagnetico più forti che si verificano tipicamente alle frequenze più elevate. Questi campi elettromagnetici possono indurre segnali su linee di segnale adiacenti o Scheda PCB tracce, cause unwanted crosstalk (interference and total noise), e compromettere le prestazioni del sistema. La perdita di ritorno è causata principalmente da disallineamenti di impedenza e può avere lo stesso effetto sul segnale del rumore additivo e dell'interferenza.

High return losses have two negative effects:
1) The reflection of the signal back to the signal source will increase the system noise, making it more difficult for the receiver to distinguish the noise from the signal;
2) Any reflected signal basically degrades the signal quality because the shape of the input signal changes.
Anche se i sistemi digitali sono molto tolleranti ai guasti perché si occupano solo di 1s e 0s, le armoniche generate quando un impulso ad alta velocità aumenta possono causare un segnale più debole alle frequenze più alte. Anche se le tecniche di correzione degli errori in avanti possono 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 gli effetti RF aiutino piuttosto che sminuire l'integrità del segnale. The recommended total return loss at digital system frequencies (usually poor data points) is -25dB, che equivale a un VSWR di 1.1. L'obiettivo di Scheda PCB il progettazione deve essere più piccolo, più veloce e meno costoso. Per RFScheda PCBs, I segnali ad alta velocità a volte limitano la miniaturizzazione di Scheda PCB disegni. Attualmente, La soluzione principale al problema del crosstalk è la gestione del piano di terra, spaziatura tra tracce e riduzione dell'induttanza del piombo. Il modo principale per ridurre la perdita di ritorno è attraverso la corrispondenza dell'impedenza. Questo metodo include una gestione efficace dei materiali isolanti e l'isolamento delle linee di segnale attive e delle linee di terra, specialmente tra linee di segnale e terra dove avvengono transizioni di stato. Poiché il punto di interconnessione è l'anello debole nella catena del circuito, nella progettazione RF, Le proprietà elettromagnetiche al punto di interconnessione sono i principali problemi affrontati dalla progettazione ingegneristica, e ogni punto di interconnessione dovrebbe essere esaminato e risolvere i problemi esistenti. L'interconnessione del circuito stampato comprende tre tipi di interconnessioni, come scheda chip-to-circuit, interconnessione all'interno del PCB, e segnale di ingresso/uscita tra PCB e dispositivi esterni.

1. L'interconnessione tra il chip e il Scheda PCB
Pentium IV e chip ad alta velocità con un gran numero di ingressi/i punti di interconnessione in uscita sono già disponibili. Per quanto riguarda il chip stesso, le sue prestazioni sono affidabili, e la velocità di elaborazione è stata in grado di raggiungere 1GHz. L'eccitazione al Simposio di Interconnect Near-GHz: il modo di affrontare il numero e la frequenza sempre crescenti di I/O è ben noto. Il problema principale con l'interconnessione chip-PCB è che la densità di interconnessione è troppo alta per far sì che la struttura di base del materiale PCB sia il fattore limitante per la crescita della densità di interconnessione.

2. Interconnection in the PCB
The skills and methods for high-frequency Scheda PCB design are as follows:
2.1 The corner of the transmission line should be 45° to reduce the return loss;
2.2 Il circuito isolante ad alte prestazioni il cui valore costante di isolamento è rigorosamente controllato secondo il livello deve essere adottato. Questo approccio facilita la gestione efficiente dei campi elettromagnetici tra materiali isolanti e cablaggio adiacente.
2.3 È necessario migliorare la Scheda PCB specifiche di progettazione per l'incisione ad alta precisione. Considera di specificare un errore totale di ++/- 0.0007 pollici di larghezza della linea, gestione di sottosquadri e sezioni trasversali della forma del cablaggio, e specificando le condizioni di placcatura dei lati del cablaggio. Overall management of wiring (conductor) geometry and coating surfaces is important to address skin effect issues associated with microwave frequencies and to achieve these specifications.
2.4 C'è un'induttanza del rubinetto sui cavi sporgenti, quindi evitare di utilizzare componenti al piombo. Per ambienti ad alta frequenza, utilizzare componenti per montaggio superficiale.
2.5 Per segnali via, avoid using the via processing (pth) process on sensitive boards because this process will cause lead inductance at the via. Per esempio, quando viene utilizzata una via su una scheda a 20 strati per collegare i livelli da 1 a 3, l'induttanza del piombo può influenzare gli strati da 4 a 19.
2.6 Per fornire un piano di terra ricco. I vias stampati sono utilizzati per collegare questi piani di terra per prevenire gli effetti dei campi elettromagnetici 3D sulla scheda.
2.7 Per scegliere il processo di nichelatura elettroless o di placcatura d'oro ad immersione, non utilizzare il metodo HASL per la galvanizzazione. Questa superficie placcata fornisce un migliore effetto della pelle per correnti ad alta frequenza. Inoltre, Questo rivestimento altamente saldabile richiede meno cavi, contribuire a ridurre l'inquinamento ambientale.
2.8 Maschera di saldatura impedisce il flusso della pasta di saldatura. Tuttavia, La copertura dell'intera superficie del pannello con materiale della maschera di saldatura comporterà grandi variazioni nell'energia elettromagnetica nella progettazione del microstrip a causa dell'incertezza dello spessore e delle proprietà isolanti sconosciute. Le dighe di saldatura sono generalmente utilizzate come strati della maschera di saldatura.
Se non ha familiarità con questi metodi, consultare un ingegnere di progettazione esperto che ha lavorato su circuiti a microonde militari. Puoi anche discutere con loro la fascia di prezzo che puoi permetterti. Per esempio, un design complanare microtrip con rame sul retro è più economico di un design stripline, e si può discutere con loro per un consiglio migliore. Gli ingegneri potrebbero non essere abituati a pensare ai costi, ma il loro consiglio può essere molto utile. Cercare ora di formare giovani ingegneri che non hanno familiarità con gli effetti RF e inesperti nel trattare con gli effetti RF sarà uno sforzo a lungo termine. Inoltre, sono disponibili altre soluzioni, come il retrofit del computer con la capacità di gestire gli effetti RF.

3. Interconnessione tra Scheda PCB and external devices
It can now be considered that we have solved all the signal management issues on the board and on the interconnection of the various discrete components. Quindi come si risolve l'ingresso del segnale/problema di uscita dal circuito stampato ai cavi che si collegano al dispositivo remoto? In questo caso, gestiamo la transizione tra microtrip e coassiale. In un cavo coassiale, i piani di terra sono intrecciati in un anello e distanziati uniformemente. In microtrip, il piano di terra è al di sotto della linea attiva. Questo introduce alcuni effetti di bordo che devono essere compresi, previsto e preso in considerazione al momento della progettazione. Naturalmente, questo disallineamento provoca anche perdite di rendimento, che devono essere ridotti per evitare rumori e interferenze del segnale. La gestione dei problemi di impedenza all'interno del board non è un problema di progettazione che può essere ignorato. L'impedenza inizia dalla superficie della scheda e viaggia attraverso un giunto di saldatura al connettore, terminante al cavo coassiale. Poiché l'impedenza varia con la frequenza, maggiore è la frequenza, la gestione dell'impedenza diventa più difficile. Il problema dell'uso di frequenze più elevate per la trasmissione di segnali a banda larga sembra essere un problema importante nel Scheda PCB design.