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電子設計
PCB設計におけるRF効果の低減方法
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PCB設計におけるRF効果の低減方法

PCB設計におけるRF効果の低減方法

2022-01-02
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Author:pcb

周波数の増加により金属導体の純抵抗はインピーダンスの増加に伴って増加する。これは、磁界の作用によって電流の伝達がより多くなり、金属表面になる傾向があるからである。一方、導体に直流を印加すると、導体の断面上の電流密度が異なり、均一である。周波数が非常に高いとき、導体の表面上の電流伝達の深さは非常に浅い(内側導体は外側表面にあり、外側導体は内面にある)。この現象を表皮効果と呼ぶ。


回路基板システムの相互接続は、チップツー回路基板を含む, 相互接続 PCB との間の相互接続 PCB と外部デバイス. RFデザイン, 相互接続点における電磁特性は工学設計に直面する主な問題の一つである. 上記3種類の相互接続設計の様々な技術を紹介した, デバイスのインストール方法を含む, 配線のアイソレーションとリードインダクタンス低減対策.


プリント基板設計の周波数はますます高くなっている。データレートの連続的な成長により、データ伝送に必要な帯域幅は、信号周波数の上限が1 GHzまたはそれ以上になる。この高周波信号技術はミリ波技術(30 GHz)の範囲をはるかに超えているが、RFおよびローエンドマイクロ波技術も含む。

rfエンジニアリング設計法は,通常,より高い周波数帯で発生する強い電磁場効果に対処できなければならない。これらの電磁場は、隣接する信号線またはPCBライン上の信号を誘導することができ、結果として、漏話(干渉および全雑音)を妨害し、システム性能が損なわれる。リターン損失は、主にインピーダンス不整合によって引き起こされる。インピーダンス不整合は、付加ノイズおよび干渉として信号に対して同じ影響を有する。

RF PCB

高いリターン損失は2つの否定的な影響を持ちます:1信号源に反射された信号はシステムノイズを増加させます、そして、レシーバーが信号から雑音を区別するのをより難しくします2 .任意の反射信号は、基本的に、入力信号の形状が変化するので、信号品質を劣化させる。


デジタルシステムは1と0信号のみを処理し、非常に良好なフォールトトレランスを持つが、高速パルスが立ち上がったときに発生する高調波は周波数が高くなり、信号が弱くなる。前方誤り訂正技術は何らかの負の効果を除去することができるが、システム帯域幅の一部は冗長データを伝送するために使用され、結果としてシステム性能が低下する。より良い解決策は、RF効果を信号の完全性を損なうよりも助けることである。デジタルシステムの最高周波数(通常は悪いデータポイント)での全リターン損失は−25 dBであり、1.1のVSWRと等価であることが推奨される。


PCB設計の目標は、より小さく、より速く、より低コストである。rfpcbの場合,高速信号は時々pcb設計の小型化を制限する。現在,クロストーク問題を解決する主な方法は,接地面管理,配線間の間隔,リードインダクタンスの減少である。リターン損失を低減する主な方法はインピーダンス整合である。この方法は,特に絶縁性材料の効果的な管理と,信号線と接地線の分離,特に信号線と接地の間の状態ジャンプを伴う。


相互接続点は回路連鎖の中で最も弱いリンクであるので,rf設計では,相互接続点における電磁的性質がエンジニアリング設計に直面する主な問題である。各配線ポイントを調査し,既存の問題を解決する必要がある。回路基板システムの相互接続は、チップツーサーキットボード、PCBの相互接続およびPCBおよび外部デバイス間のシグナル入出力を含む。


チップとPCBの相互接続

この方式が有効か否かにかかわらず,ic設計技術は高周波用途のpcb設計技術よりはるかに進んでいる。


PCBの相互接続

高周波PCB設計の技術と方法は以下の通りである。

バック損失を低減するために、伝送路の角に対して45°の角度θを採用する。

(2)絶縁耐圧値を厳密に制御した高レベルの絶縁回路基板を採用する。この方法は,絶縁材料と隣接配線との間の電磁界の効果的な管理に資する。

3 .高精度エッチングのためのPCB設計仕様の改善+/−0007インチの総線幅誤差の指定、アンダーカット及び配線形状の管理、配線側壁のメッキ条件の指定を考える。マイクロ波周波数に関連した表皮効果の問題を解決し,これらの仕様を実現するためには,配線(ワイヤ)形状と被覆面の総合管理が重要である。

(4)突出したリードはタップインダクタンスを有し、リード線を有する部品は避けられる。高周波環境では、表面実装部品が好ましい。

(5)信号ビアについては、ビアにおけるリードインダクタンスにつながるので、高感度基板上のビア加工(PTH)プロセスを使用することを避ける。例えば、層1〜3を接続するために20層基板上のビアを使用すると、リードインダクタンスは層4〜19に影響を与える。

6 .豊富なグランドプレーンを提供する。これらの接地層を接続して回路基板上の3次元電磁場の影響を防止するために、成形孔を使用する。

(7)無電解ニッケルめっき又は金浸漬工程を選択し、電気メッキには使用しない。電気メッキされた表面は、高周波電流のためのより良い表皮効果を提供することができる。加えて、この非常に溶接可能なコーティングは、より少ないリードを必要とします。

ソルダーレジスト層は、はんだペーストの流れを防止することができる。しかし,厚さの不確実性と絶縁性能の不確実性のため,全板表面はソルダーレジスト材料で覆われ,マイクロストリップ設計における電磁エネルギーの大きな変化につながる。ソルダーレジスト層としてソルダーダムが一般的である。


これらの方法に精通していない場合は、軍事マイクロ波回路基板設計に従事している経験豊富なデザインエンジニアに相談することができます。また、それらを使用すると、余裕がある価格範囲を議論することができます。例えば、銅裏打ちコプレーナマイクロストリップ設計を使用することは、ストリップライン設計よりも経済的である。あなたはそれらをより良い提案を得るために議論することができます。良いエンジニアはコストについて考えるのに用いられないかもしれません、しかし、彼らのアドバイスも非常に役に立ちます。現在、我々はRF効果に慣れていない若いエンジニアを訓練するために最善を尽くしなければなりません、そして、それは長期的な仕事であるでしょう。


加えて、RF効果処理能力を有するコンピュータ・タイプを改良することのような他の解を、使うことができる。

RF PCB

外部デバイスとのPCB接続

これは、ボード上のすべての信号管理の問題を解決し、様々な離散コンポーネントの相互接続について考えられる。マイクロストリップでは、接地面はアクティブラインの下にある。これは、設計において理解され、予測され、考慮される必要があるいくつかのエッジ効果を導入する。もちろん、この不一致はまた、バック損失につながる。雑音と信号干渉を避けるためにこの不整合を最小化しなければならない。


回路基板のインピーダンス問題の管理は無視できる設計問題ではない。インピーダンスは、回路基板の表面から始まり、次いで、はんだ接合部をコネクタに通過し、最終的に同軸ケーブルで終わる。インピーダンスは周波数によって変化するので、周波数が高いほどインピーダンスを管理することが困難になる。ブロードバンドで信号を伝送するためにより高い周波数を使用するという問題は、設計上の主要な問題である。