Rancangan Elektronik - Bagaimana untuk mengurangi kesan RF dalam rancangan PCB?

Sebab peningkatan frekuensi, resistensi murni konduktor logam akan meningkat dengan peningkatan impedance. Ini kerana tindakan medan magnetik membuat transmisi semasa semakin cenderung kepada permukaan logam. Di sisi lain, jika arus langsung dilaksanakan pada konduktor, densiti semasa pada seksyen salib konduktor adalah berbeza dan seragam. Apabila frekuensi sangat tinggi, kedalaman transmisi semasa di permukaan konduktor sangat rendah (konduktor dalaman berada di permukaan luar dan konduktor luar berada di permukaan dalaman). Fenomen ini dipanggil kesan kulit.

Perhubungan sistem papan sirkuit termasuk cip ke papan sirkuit, persahabatan dalam PCB dan persahabatan antara PCB dan peranti luaran. Dalam rancangan RF, karakteristik elektromagnetik di titik sambungan adalah salah satu masalah utama yang dihadapi oleh rancangan teknik. Kertas ini memperkenalkan berbagai keterampilan dari tiga jenis rancangan sambungan di atas, termasuk kaedah pemasangan peranti, pengasingan kabel dan tindakan untuk mengurangi induktan lead.

Frekuensi reka papan sirkuit dicetak semakin tinggi. Dengan pertumbuhan terus menerus kadar data, lebar band yang diperlukan untuk penghantaran data juga membuat had atas frekuensi isyarat mencapai 1GHz atau lebih tinggi. Walaupun teknologi isyarat frekuensi tinggi ini jauh di luar julat teknologi gelombang milimeter (30ghz), ia juga melibatkan teknologi RF dan mikrogelombang akhir rendah.

Kaedah reka reka RF mesti mampu menghadapi kesan medan elektromagnetik yang kuat biasanya dijana dalam band frekuensi yang lebih tinggi. Medan elektromagnetik ini boleh mengakibatkan isyarat pada garis isyarat atau garis PCB bersebelahan, yang mengakibatkan salib yang mengganggu (gangguan dan bunyi keseluruhan) dan prestasi sistem yang merusak. Kehilangan kembalian terutamanya disebabkan oleh ketidaksepadan impedance, yang mempunyai kesan yang sama pada isyarat seperti bunyi dan gangguan aditif.

Kehilangan kembalian tinggi mempunyai dua kesan negatif: 1 isyarat yang diselarang kembali ke sumber isyarat akan meningkatkan bunyi sistem, membuat lebih sukar bagi penerima untuk membezakan bunyi dari isyarat; 2. Setiap isyarat terrefleksi akan pada dasarnya merusak kualiti isyarat kerana bentuk isyarat input berubah.

Walaupun sistem digital hanya memproses isyarat 1 dan 0 dan mempunyai toleransi kesalahan yang sangat baik, harmonik yang dijana apabila denyut kelajuan tinggi naik akan menyebabkan frekuensi yang lebih tinggi, semakin lemah isyarat. Walaupun teknologi penyesuaian ralat maju boleh menghapuskan beberapa kesan negatif, sebahagian lebar bandwidth sistem digunakan untuk menghantar data yang berlebihan, yang menyebabkan pengurangan prestasi sistem. Solusi yang lebih baik adalah membiarkan kesan RF membantu daripada merusak integriti isyarat. Hubungan total kembalian pada frekuensi tertinggi (biasanya titik data yang buruk) sistem digital adalah - 25dB, yang sama dengan VSWR 1.1.

Tujuan rancangan PCB lebih kecil, lebih cepat dan lebih rendah. Untuk rfpcb, isyarat kelajuan tinggi kadang-kadang membatasi miniaturisasi rancangan PCB. Pada masa ini, kaedah utama untuk menyelesaikan masalah persimpangan adalah pengurusan kapal terbang tanah, jarak antara kabel dan mengurangi induktan lead. Kaedah utama untuk mengurangi kehilangan kembalian adalah persamaan impedance. Kaedah ini termasuk pengurusan efisien bahan pengisihan dan pengisihan garis isyarat aktif dan wayar tanah, terutama antara garis isyarat dan tanah dengan lompatan negara.

Kerana titik sambungan adalah pautan paling lemah dalam rantai sirkuit, dalam rancangan RF, ciri-ciri elektromagnetik di titik sambungan adalah masalah utama yang dihadapi oleh rancangan jurutera. Ia diperlukan untuk menyelidiki setiap titik sambungan dan menyelesaikan masalah yang ada. Sambungan sistem papan sirkuit termasuk cip ke papan sirkuit, sambungan dalam PCB dan input/output isyarat antara PCB dan peranti luaran.

Sambungan antara cip dan PCB

Sama ada skema ini berkesan atau tidak, teknologi desain IC jauh di depan teknologi desain PCB dalam terma aplikasi frekuensi tinggi.

Sambungan antara dalam PCB

Kemampuan dan kaedah rancangan PCB frekuensi tinggi adalah seperti ini:

1. Sudut 45 ° akan diterima untuk sudut garis penghantaran untuk mengurangi kehilangan belakang.

2. Papan sirkuit terisolasi prestasi tinggi dengan nilai konstan mengisolasi yang dikawal secara ketat oleh aras akan diterima. Kaedah ini menyebabkan pengurusan efektif medan elektromagnetik diantara bahan pengasingan dan kawat bersebelahan.

3. Perbaiki spesifikasi rancangan PCB untuk pencetakan ketepatan tinggi. Pertimbangkan menyatakan ralat lebar garis keseluruhan + / - 0.0007 inci, mengelola potongan bawah dan seksyen salib bentuk wayar, dan menyatakan keadaan penutup dinding sisi wayar. Pengurusan keseluruhan geometri kawat (wayar) dan permukaan penutup sangat penting untuk memecahkan masalah kesan kulit berkaitan dengan frekuensi gelombang mikro dan menyedari spesifikasi ini.

4. Lembar yang melambat mempunyai induksi tekan, dan komponen dengan petunjuk akan dihindari. Dalam persekitaran frekuensi tinggi, komponen lekapan permukaan lebih disukai.

5. Untuk vial isyarat, mengelakkan menggunakan proses melalui mesinan (PTH) pada papan sensitif, kerana proses ini akan membawa induktan memimpin pada melalui. Contohnya, apabila melalui papan 20 lapisan digunakan untuk menyambung lapisan 1 hingga 3, induktan lead boleh mempengaruhi lapisan 4 hingga 19.

6. Memberikan pesawat tanah yang banyak. Lubang bentuk akan digunakan untuk menyambung lapisan mendarat ini untuk mencegah pengaruh medan elektromagnetik 3D pada papan sirkuit.

7. Proses penyelamatan nikel bukan elektrolitik atau penyelamatan emas akan dipilih, dan kaedah HASL tidak akan digunakan untuk penyelamatan elektrolitik. Permukaan elektroplad boleh menyediakan kesan kulit yang lebih baik untuk arus frekuensi tinggi. Selain itu, penutup yang boleh diseweld sangat memerlukan lebih sedikit petunjuk, yang membantu mengurangi pencemaran persekitaran.

8. Lapisan penentang tentera boleh mencegah aliran pasta tentera. Namun, kerana ketidakpastian ketinggian dan ketidakpastian prestasi isolasi, seluruh permukaan plat ditutup dengan bahan menentang tentera, yang akan membawa kepada perubahan besar dalam tenaga elektromagnetik dalam rekaan microstrip. Solderdam biasanya digunakan sebagai lapisan menentang askar.

Jika anda tidak akrab dengan kaedah ini, anda boleh berkonsultasi dengan seorang jurutera desain yang berpengalaman yang telah terlibat dalam desain papan sirkuit mikrogelombang tentera. Anda juga boleh membincangkan dengan mereka julat harga yang anda boleh membeli. Contohnya, menggunakan desain microstrip coplanar yang diberi bantuan tembaga adalah lebih ekonomi daripada desain garis strip. Anda boleh membincangkannya dengan mereka untuk mendapatkan cadangan yang lebih baik. Inginer yang baik mungkin tidak digunakan untuk berfikir tentang kos, tetapi nasihat mereka juga sangat membantu. Sekarang kita harus mencuba yang terbaik untuk melatih insinyur muda yang tidak biasa dengan kesan RF dan kurang pengalaman dalam menghadapi kesan RF, yang akan menjadi kerja jangka panjang.

Selain itu, penyelesaian lain boleh diterima, seperti memperbaiki jenis komputer untuk mempunyai kemampuan pemprosesan kesan RF.

Sambungan PCB dengan peranti luaran

Sekarang ia boleh dianggap bahawa kita telah menyelesaikan semua masalah pengurusan isyarat di papan dan dalam sambungan pelbagai komponen diskret. Dalam microstrip, pesawat tanah berada di bawah garis aktif. Ini memperkenalkan beberapa kesan pinggir yang perlu dipahami, dijangka dan dianggap dalam rancangan. Sudah tentu, ketidakpadanan ini juga akan membawa kehilangan belakang. Kegagalan ini mesti dikurangkan untuk mengelakkan bunyi dan gangguan isyarat.

Pengurusan masalah impedance dalam papan sirkuit bukanlah masalah desain yang tidak terlepas. Impedansi bermula dari permukaan papan sirkuit, kemudian melewati kawasan askar ke konektor, dan akhirnya berakhir di kabel koaksial. Oleh kerana impedance berbeza dengan frekuensi, semakin tinggi frekuensi, semakin sukar untuk mengendalikan impedance. Masalah menggunakan frekuensi yang lebih tinggi untuk menghantar isyarat pada band lebar kelihatan menjadi masalah utama dalam desain.