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電子設計

電子設計 - PCB設計で無線周波数効果を減らすにはどうすればいいですか。

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電子設計 - PCB設計で無線周波数効果を減らすにはどうすればいいですか。

PCB設計で無線周波数効果を減らすにはどうすればいいですか。

2022-01-02
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Author:pcb

基板システムの相互接続には、チップから基板、PCB内の相互接続、およびPCBと外部装置との相互接続が含まれる。無線周波数設計において、相互接続点の電磁特性は工学設計が直面する主要な問題の1つである。本文は上述の3種類の相互接続設計の各種技術を紹介し、デバイス実装方法、配線分離、リードインダクタンス低減の措置を含む。


プリント基板の設計の頻度はますます高くなっている。データレートが増加するにつれて、データ伝送に必要な帯域幅も信号周波数の上限を1 GHz以上にする。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、無線周波数と低端マイクロ波技術にも関連している。


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、磁場の作用により、電流の伝送が金属表面に傾きつつあるためである。一方、導体に直流電気を印加すると、導体断面上の電流密度が異なり均一になる。周波数が非常に高い場合、導体表面上の電流伝送深さは非常に浅い(内側導体は外側表面、外側導体は内側表面)。この現象は皮膚効果と呼ばれている。


無線周波数工学設計方法は、一般に高い周波数帯域で発生する強誘電磁場効果を処理することができる必要がある。これらの電磁場は隣接する信号線またはPCB線に信号を誘導し、嫌なクロストーク(干渉と全ノイズ)を引き起こし、システム性能を損なう。エコー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、インピーダンス不整合信号の影響は付加的ノイズと干渉と同じである。


むせんしゅうはプリント配線板

高エコー損失には2つの負の影響がある:1反射リターン信号源の信号はシステムノイズを増加させ、受信機がノイズと信号を区別しにくくする、2.入力信号の形状が変化するため、どの反射信号も基本的に信号品質を低下させる。


デジタルシステムは1信号と0信号のみを処理し、非常に優れたフォールトトレランスを持っているが、高速パルス上昇時に発生する高調波は周波数が高いほど信号が弱くなる。順方向誤り訂正技術はいくつかの負の影響を除去することができるが、一部のシステム帯域幅は冗長データの伝送に使用され、システム性能の低下を招いた。より良い解決策は、信号の完全性を破壊するのではなく、RF効果を作用させることです。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)の総エコー損失は−25 dBであり、1.1のVSWRに相当することを提案する。


PCB設計の目標は、より小さく、より速く、より低いコストである。rfpcbにとって、高速信号はPCB設計の小型化を制限することがある。現在、クロストーク問題を解決する主な方法は接地平面管理、配線間隔とリードインダクタンスの低減である。エコー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、絶縁材料の効果的な管理、および能動信号線と地線の分離、特に状態ホッピングのある信号線と地線の間を含む。


相互接続点は回路チェーンの中で最も弱い一環であるため、無線周波数設計において、相互接続点の電磁特性は工学設計が直面する主要な問題である。相互接続点ごとに調査し、問題を解決する必要があります。基板システムの相互接続には、チップから基板、PCB内の相互接続、およびPCBと外部装置との間の信号入出力が含まれる。


チップとPCBの相互接続

この方式が有効であるかどうかにかかわらず、IC設計技術は高周波応用の面でPCB設計技術よりはるかにリードしている。


PCBにおける相互接続

高周波PCB設計の技術と方法は以下の通りである:

送電線の回転角には1.45°の角度を採用して、戻り損失を減らすべきである。

2.絶縁定数値を用いて厳格に等級別に制御すべき高性能絶縁回路基板。この方法は、絶縁材料と隣接配線との間の電磁場の効率的な管理に有利である。

3.高精度エッチングを向上させるPCB設計仕様。指定+/-0.007インチのバス幅誤差を考慮して、配線形状のアンダーカットと断面を管理し、配線側壁めっき条件を指定します。配線(導線)幾何形状とコーティング表面の全体的な管理は、マイクロ波周波数に関連する表皮効果問題を解決し、これらの仕様を実現するために非常に重要である。

4.突出したリードにタップインダクタンスがあり、リード付きpcb素子の使用を避けるべきである。高周波環境では、表面実装アセンブリが優先されます。

5.信号ビアについては、ビア加工(PTH)プロセスがビアにおけるリードインダクタンスを引き起こすので、敏感板にビア加工(PTH)プロセスを使用しないでください。例えば、接続層1〜3に20層板のビアを用いた場合、リードインダクタンスは層4〜19に影響を与えることができる。

6.十分な地表面を提供する。これらの接地層は、回路基板に対する3 D電磁場の影響を防ぐために、モールドホール接続を使用しなければならない。

7.無電解ニッケルめっきまたは金浸漬技術を選択し、HASL法を用いてめっきを行ってはならない。めっき表面は高周波電流により良好な表皮効果を提供することができる。さらに、このような高溶接可能なコーティングは、環境汚染を低減するのに役立つより少ない鉛を必要とする。

8.ソルダーレジスト層は、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、プレート表面全体がソルダーレジスト材料で覆われており、これは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をもたらす。ソルダーレジスト層は通常、ソルダーレジスト層として使用される。


これらの方法に慣れていない場合は、軍用マイクロ波回路基板の設計に携わった経験のある設計エンジニアに相談することができます。あなたが負担できる価格帯についても彼らと議論することができます。例えば、銅背面共平面マイクロストリップを用いた設計は、ストリップライン設計よりも経済的である。より良い提案を得るために、彼らと議論することができます。良いエンジニアはコストを考えることに慣れていないかもしれませんが、彼らのアドバイスも役立ちます。無線周波数効果に慣れておらず、無線周波数効果を処理する経験が不足している若いエンジニアを育成することに努めなければならない。これは長期的な仕事になるだろう。


さらに、RF効果処理能力を有するようにコンピュータタイプを改良するなど、他のソリューションを採用することもできる。

むせんしゅうはプリント配線板

外部デバイスとのPCB相互接続

ボード上とさまざまな個別コンポーネントとの相互接続におけるすべての信号管理問題を解決したと考えられます。マイクロストリップでは、接地面は能動線の下に位置している。これにより、設計の理解、予測、考慮が必要なエッジ効果がいくつか導入される。もちろん、この不整合は逆損失にもつながります。この不整合は、ノイズや信号干渉を回避するために最小化されなければならない。


回路基板インピーダンス問題の管理は無視できない設計問題である。インピーダンスはpcb基板の表面から始まり、溶接点を通ってコネクタに到達し、最後に同軸ケーブルに到達する。インピーダンスは周波数によって変化するため、周波数が高いほど、インピーダンスの管理が困難になる。より高い周波数を使用して広帯域で信号を伝送する問題は、設計上の主要な問題であるようだ。