PCBブログ - PCBボード相互接続設計における無線周波数の影響を低減する方法

PCBボードシステムの相互接続には、チップから回路基板、PCBボード内部への相互接続、およびPCBボードと外部装置との間の3種類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などを含む。現在、プリント基板の設計の頻度が高くなっていることが明らかになっている。データレートの増加に伴い、データ伝送に必要な帯域幅も信号周波数の上限を1 GHz以上に押し上げている。この高周波信号技術はミリ波技術（30 GHz）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。

無線周波数工学法は、一般に高い周波数で発生するより強い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板跡線に信号を誘導し、不要なクロストーク（干渉と全ノイズ）をもたらし、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、信号への影響は付加的なノイズや干渉と同じである。高エコー損失には2つの負の影響がある：1。信号反射フィードバックはシステムにノイズを増加させ、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しているため、どの反射信号も基本的には信号品質が低下します。デジタルシステムは1と0しか処理していないため、フォールトトレランスが強いが、高速パルス上昇時に発生する高調波は、より高い周波数で弱い信号を引き起こす可能性がある。順方向誤り訂正技術はいくつかの負の影響を取り除くことができるが、一部のシステム帯域幅は冗長データを伝送するために使用され、システム性能の低下を招いた。1つのより良い解決策は、信号の完全性を弱めるのではなく、無線周波数効果を支援することです。推奨デジタルシステム周波数で返される（通常は悪いデータポイント）

総損失は−25 dBであり、1.1のVSWRに相当する。

PCBボード設計の目標は、より小さく、より速く、より安くすることです。RF PCBボードに対して、高速信号はPCBボード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、配線間隔及びスタッド容量の低減である。エコー損失を低減する主な方法はインピーダンス整合によるものである。この方法は、絶縁材料の効果的な管理、特に状態遷移が発生する信号線と接地との間の能動信号線と接地線の分離を含む。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り、各相互接続点を検査し、存在する問題を解決しなければならない。基板システムの相互接続には、チップから基板、PCBボード内の相互接続、PCBボードと外部装置との信号入出力の3種類の相互接続が含まれています。

チップとPCBの相互接続

Pentium IVと大量のI/O相互接続点を持つ高速チップが発売されている。チップ自体にとって、その性能は信頼性があり、処理速度はすでに1 GHzに達することができる。近GHz相互接続シンポジウム（www.az.ww.com）での興奮は、I/Oの数と周波数の増加を処理する方法が知られていることだ。チップとPCBの相互接続の主な問題は相互接続密度が高すぎて、PCB材料の基本構造が相互接続密度の増加の制限要因になることである。会議では、チップ内のローカル無線送信機を使用して隣接する回路基板にデータを転送する革新的なソリューションを提案しました。このソリューションが有効であるかどうかにかかわらず、参加者は高周波応用の面でIC設計技術がPCBボード設計技術をはるかに上回っていることを明らかにした。高周波PCBボード設計の技術と方法は以下の通り：

1）送電線の回転角は45°であり、エコー損失を低減する。

2）絶縁定数値が厳格に等級に従って制御された高性能絶縁回路基板を使用すること。この方法は、絶縁材料と隣接配線との間の電磁場を効果的に管理するのに役立つ。

3）高精度エッチングを実現するためには、PCBボードの設計仕様を改良する必要がある。ワイヤ幅に+/-0.007インチを指定する総誤差を考慮して、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（導体）幾何形状とコーティング表面の全面的な管理は、マイクロ波周波数に関連する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、リード付きの部品の使用を避けるべきである。高周波環境の場合は、表面実装アセンブリを使用します。

5）信号ビアについては、ビアにリードインダクタンスが発生するため、感知板にビア処理（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）豊富な地表面を提供する。これらの接地面は成形孔を介して結合され、3 D電磁場がプレートに与える影響を防止する。

7）化学ニッケルめっき或いは金浸漬技術を選択し、HASL方法を用いてめっきを行わない。このめっき表面は高周波電流に対してより良い表皮効果を提供している。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）ソルダーレジスト膜は、ペーストの流れを防止することができる。しかし、厚さの不確実性と未知の絶縁特性のため、はんだマスク材料でプレート表面全体を覆うことは、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。半田ダムは通常、半田マスクとして使用される。

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で働いてい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、銅の背面共平面マイクロストリップ設計はストリップ線設計よりも経済的で、より良い構築を得るために彼らと議論することができます。」sの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、彼らの提案は役に立つかもしれません。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手エンジニアのトレーニングを試みることは長期的な努力になるだろう。さらに、無線周波数効果を処理できるようにコンピュータを改造するなどの他のソリューションも提供されています。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。では、回路基板からリモートデバイスに接続されたワイヤへの信号入出力問題をどのように解決するのでしょうか。同軸ケーブル技術の革新者であるTrompeter Electronicsはこの問題の解決に努めており、いくつかの重要な進展を遂げている。また、与えられた電磁場を見てみましょう。この場合、マイクロストリップと同軸ケーブル間の変換を管理します。同軸ケーブルでは、接地面がリング状に絡み合い、均一に分布している。マイクロストリップでは、接地面はPCB基板上の能動線の下に位置している。