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PCB技術

PCB技術 - PCB基板配線設計プロセスにおけるRF効果を最小化するための基本的方法

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PCB技術 - PCB基板配線設計プロセスにおけるRF効果を最小化するための基本的方法

PCB基板配線設計プロセスにおけるRF効果を最小化するための基本的方法

2021-08-21
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Author:IPCB

の相互接続pcb基板システムは、チップ間の相互接続の3つのタイプを含む 回路基板, 内部の相互接続PCBボード, と 基板PCB と外部デバイス. にRF設計,相互接続点における電磁特性はエンジニアリングデザイン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手法について紹介した.内容は、デバイスのインストール方法, 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. ちょっと待ってください.


現在,プリント基板設計の周波数はますます高くなっている。データレートが増加し続けるにつれて、データ伝送に必要な帯域幅は、信号周波数の上限を1 GHzまたはそれ以上に促進する。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、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、より高い周波数帯で通常生成されるより強い電磁場効果に対処することができなければならない。これらの電磁界は、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、不快なクロストーク(干渉および全ノイズ)を引き起こし、システム性能を損なうことがある。リターン損失は主にインピーダンス不整合に起因し、信号への影響は加法雑音と干渉による影響と同じである。


高いリターン損失は、2つの否定的な効果を持ちます: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、受信機が信号からノイズを識別することをより困難にする任意の反射信号は、基本的に、形状が変化した入力信号のために信号品質を低下させる。


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、それはシステム性能の低下につながる。より良い解決策は、RF効果を信号完全性から逸脱するのではなく助けることである。最高周波数(通常、悪いデータポイント)でのデジタルシステムの総リターンロスは−25 dBであり、これは1.1のVSWRに相当する。


の目標PCB基板設計が小さい, より高速かつ低コスト. 

RF用PCB, 高速信号は、時には PCB設計. 現在, クロストークの問題を解決する主な方法は、グラウンドプレーンを管理することである, 配線間の空間とリードインダクタンスの低減.


(スタッキャパシタンス)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、特に遷移状態及び接地を有する信号線の間で、特に絶縁材料の効果的な管理及び能動信号線及び接地線の分離を含む。


相互接続点が回路チェーンの最も弱いリンクであるので, にRF設計, 相互接続点における電磁特性はエンジニアリングデザインに直面する主な問題である. 各々の相互接続点は調査されなければなりません、そして、既存の問題は解決されなければなりません. の相互接続 回路基板 システムは、3つのタイプの相互接続を含みます 回路基板, 内部の相互接続 PCBボード, と信号入力/間の出力 PCB と外部デバイス.


一つは、チップとPCBボードとの間の相互接続

Pentium IV及び多数の入出力配線ポイントを含む高速チップが既に利用可能である。チップ自体に関しては、その性能は信頼でき、処理速度は1 GHzに達することができた。最近のGHz相互接続シンポジウムでは、最も刺激的なことは、I / Oの増加する数と周波数を扱う方法が広く知られているということです。チップとPCBとの間の相互接続の主な問題点は、相互接続密度が高すぎることであり、PCB材料の基本的構造が、相互接続密度の成長を制限する要因となることである。隣接する回路基板にデータを伝送するために、チップ内のローカル無線送信機の使用において、革新的な解決策が提案された。


この方式が有効か否かにかかわらず、参加者は非常に明確である。高周波用途に関しては、IC設計技術はPCB設計技術よりはるかに進んでいる。

ATL研

PCBボード相互接続

高周波PCBのスキルと方法設計 次のようになります。

リターンラインを減少させるために、送電線の角は45°Aでなければならない(図1)

絶縁耐圧値を厳密に制御する高性能絶縁回路基板を使用する。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。


高精度エッチングに関連したPCB設計仕様の改善特定線幅のトータル誤差は+/−0007インチであり、配線形状のアンダーカット及び断面を管理し、配線側壁のメッキ条件を指定する必要がある。配線(ワイヤ)形状と被覆面の総合管理は,マイクロ波周波数に関連した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。


突出したリードはタップインダクタンスを有するので、リードを有するコンポーネントを使用せずに。高周波環境では、表面実装部品を使用するのが最適です。

信号VIAのために、このプロセスがビアでリードインダクタンスを引き起こすので、敏感なボードのビア・プロセッシング(PTH)プロセスを使用するのを避けてください。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。


リッチグランドプレーンを提供する。3 D電磁場が回路基板に影響を及ぼすのを防ぐために、これらの接地面をつなぐために、成形穴を使ってください。


無電解ニッケルめっきまたは浸漬金めっき工程を選択するには、HASL法を電気めっきに使用しない。この種の電気メッキ表面は、高周波電流(図2)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、この非常にはんだ付け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。そして、それは環境汚染を減らすのを助けます。


ソルダーマスクは、はんだペーストの流れを防ぐことができる。しかし、厚みの不確実性および絶縁性能の未知のため、基板の全面は半田マスク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引き起こす。はんだマスクとしては、一般に半田ダムを用いる。


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これを議論することができます。良いエンジニアはコスト問題を考慮するのに慣れないかもしれません、しかし、彼らの提案も非常に役に立ちます。今ではRF効果に慣れていない若いエンジニアを養成し、RFエフェクトを扱うの経験が不足している。これは長期的な仕事になります。


加えて、他の解決策は、それがRF効果を扱うのを可能にするためにコンピュータ・タイプを改良することのように、採用されることもできる。


基板PCBと外部機器との相互接続

これは、ボード上のすべての信号管理の問題と個々の個別のコンポーネントの相互接続を解決していると考えられることができます。それでは、リモートボードに接続されている配線に回路基板からの信号入出力の問題を解決する方法は?同軸ケーブル技術の革新者であるトロンピーター電子はこの問題を解決するために取り組んでおり、重要な進歩を遂げている。また、図4で与えられる電磁界を見てください。この場合,マイクロストリップから同軸ケーブルへの変換を管理する。同軸ケーブルにおいて、グランド層はリング状に、そして、均等に間隔を置かれる。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、設計中に理解され、予測され、考慮される必要がある特定のエッジ効果を導入する。もちろん、このミスマッチはまた、リターン損失を引き起こし、この不整合は、ノイズおよび信号干渉を避けるために最小化されなければならない。


内部インピーダンス問題の管理 回路基板 無視できるデザインの問題ではありません.インピーダンスは、表面から始まる 回路 基板, それから、コネクタにハンダ接合部を通過する,そして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,より困難なインピーダンス管理は. 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問題は、デザインに直面している主な問題である.