Leiterplatte Blog - Tipps zur Reduzierung von HF-Effekten im PCB-Verbindungsdesign

Dieser Artikel wird verschiedene Techniken für das Design der drei Arten von Verbindungen zwischen Chip-to-Board vorstellen, die Verbindung innerhalb der Leiterplatte, und die Leiterplatte und externe Geräte, inkl. Gerätemontage, Verdrahtungsisolierung, und Maßnahmen zur Verringerung der Bleiinduktivität, etc.Um Designern zu helfen,HF-Effekte in Leiterplatte Verbindungsaufbau. 

Die Verbindung des Leiterplattensystems umfasst: Chip zu Leiterplatte, Verbindung innerhalb der Leiterplatte, und drei Arten von Verbindungen zwischen Leiterplatte und externe Geräte. Im HF-Design, Die elektromagnetischen Eigenschaften an der Verbindungsstelle sind eines der Hauptprobleme bei der technischen Planung. Dieser Artikel stellt verschiedene Techniken für die oben genannten drei Arten des VerbindungsDesigns vor, einschließlich Montagemethoden für Geräte, Verdrahtungsisolierung, und Maßnahmen zur Verringerung der Bleiinduktivität usw.

Es gibt derzeit Anzeichen dafür, dass die Häufigkeit von LeiterplattenDesigns immer höher wird. Da die Datenraten weiter steigen, Die für die Datenübertragung erforderliche Bandbreite drückt auch die obere Grenze der Signalfrequenzen auf 1 GHz oder höher. Diese Hochfrequenzsignaltechnik, while well beyond mmWave technology (30GHz), beinhaltet auch HF- und Low-End-Mikrowellentechnologie. HF-Engineering-Methoden müssen in der Lage sein, die stärkeren elektromagnetischen Feldeffekte zu bewältigen, die typischerweise bei höheren Frequenzen auftreten. Diese elektromagnetischen Felder können Signale auf benachbarten Signalleitungen induzieren oder Leiterplatte Spuren, cause unwanted crosstalk (interference and total noise), und die Systemleistung beeinträchtigen. Rücklaufverluste werden hauptsächlich durch Impedanzanpassungen verursacht und können den gleichen Effekt auf das Signal haben wie additive Rauschen und Interferenzen.

Hohe Renditeverluste haben zwei negative Auswirkungen
1) Die Reflexion des Signals zurück zur Signalquelle erhöht das Systemrauschen, wodurch es für den Empfänger schwieriger wird, das Rauschen vom Signal zu unterscheiden;
2) Jedes reflektierte Signal verschlechtert grundsätzlich die Signalqualität, da sich die Form des Eingangssignals ändert.

Obwohl digitale Systeme sehr fehlertolerant sind, weil sie nur mit 1s und 0s umgehen, Die Oberschwingungen, die erzeugt werden, wenn ein Hochgeschwindigkeitsimpuls steigt, können ein schwächeres Signal bei höheren Frequenzen verursachen. Obwohl Forward-Fehlerkorrektur-Techniken einige negative Auswirkungen beseitigen können, Ein Teil der Systembandbreite wird genutzt, um redundante Daten zu übertragen, Verringerung der Systemleistung. Eine bessere Lösung ist, HF-Effekte helfen zu lassen, anstatt die Signalintegrität zu beeinträchtigen. Ter empfahl Total Return Loss bei digitalen Systemfrequenzen (meist schlechte Datenpunkte) ist-25dB, die einem VSWR von 1 entspricht.

Das Ziel der Leiterplatte Design soll kleiner sein, schneller und günstiger. Für HFLeiterplattes, Hochgeschwindigkeitssignale begrenzen manchmal die Miniaturisierung von Leiterplatte designs. Derzeit, Die Hauptlösung für das Problem des Übersprechens ist Bodenebene Management, Abstand zwischen Leiterbahnen und Reduzierung der Bleiinduktivität. Der Hauptweg zur Reduzierung der Rücklaufverluste ist durch Impedanzanpassung. Diese Methode umfasst ein effektives Management von Dämmstoffen und die Isolierung von aktiven Signal- und Masseleitungen, insbesondere zwischen Signalleitungen und Masse, wo Zustandsübergänge auftreten. Da der Verbindungspunkt das schwache Glied in der Schaltungskette ist, in HF-Design, Die elektromagnetischen Eigenschaften am Verbindungspunkt sind die Hauptprobleme, mit denen sich das Engineering konfrontiert sieht, und jeder Verbindungspunkt sollte geprüft und die bestehenden Probleme gelöst werden. Die Verbindung des Leiterplattensystems umfasst drei Arten von Verbindungen, wie Chip-zu-Leiterplatte, Verbindung innerhalb der Leiterplatte, und Signaleingang/Ausgang zwischen der Leiterplatte und externen Geräten.

Die Verbindung zwischen dem Chip und dem Leiterplatte
Pentium IV und High-Speed Chips mit einer großen Anzahl von Eingängen/Ausgangsverbindungspunkte sind bereits verfügbar. Was den Chip selbst betrifft, seine Leistung ist zuverlässig, und die Verarbeitungsrate konnte 1GHz erreichen. Die Spannung beim Near-GHz Interconnect Symposium: Der Umgang mit der stetig steigenden Zahl und Frequenz von I/Os ist bekannt. Das Hauptproblem bei der Chip-zu-PCB-Verbindung besteht darin, dass die Verbindungsdichte zu hoch ist, um die Grundstruktur des Leiterplattenmaterials zum begrenzenden Faktor für das Wachstum der Verbindungsdichte zu machen.

Verbindung in der Leiterplatte

Die Fähigkeiten und Methoden für Hochfrequenz Leiterplatte Design sind wie folgt:
Die Ecke der Übertragungsleitung sollte 45° sein, um den Rücklaufverlust zu verringern.

Die Hochleistungs-Isolierplatine, deren Isolationskonstanter Wert streng nach dem Niveau kontrolliert wird, wird angenommen. Dieser Ansatz ermöglicht ein effizientes Management von elektromagnetischen Feldern zwischen Dämmstoffen und angrenzender Verdrahtung.

Es ist notwendig, die Leiterplatte Designspezifikationen für hochpräzises Ätzen. Erwägen Sie die Angabe eines Gesamtfehlers von ++/- 0.0007 Zoll Linienbreite, Verwaltung von Hinterschnitten und Querschnitten der Verdrahtungsform, und die Festlegung der Bedingungen für die Verdrahtung der Seitenwand. Das Gesamtmanagement der Verdrahtungsgeometrie und der Beschichtungsoberflächen ist wichtig, um Hauteffektprobleme im Zusammenhang mit Mikrowellenfrequenzen anzugehen und diese Spezifikationen zu erreichen.

Es gibt eine Zapfeninduktivität auf den hervorstehenden Leitungen, Vermeiden Sie die Verwendung von bleihaltigen Komponenten. Für hochfrequente Umgebungen, Anbauteile verwenden.
Für Signaldurchgänge, avoid using the via processing (pth) process on sensitive boards because this process will cause lead inductance at the via. Zum Beispiel, Wenn ein Durchgang auf einer 20-Lagen-Platine verwendet wird, um Schichten 1 bis 3 zu verbinden, Die Bleiinduktivität kann Schichten 4 bis 19 beeinflussen.

Um eine reiche Bodenfläche zur Verfügung zu stellen. Geformte Durchkontaktierungen werden verwendet, um diese Masseebenen zu verbinden, um die Auswirkungen von 3D elektromagnetischen Feldern auf der Platine zu verhindern.

Um elektroloses Vernickeln oder Eintauchvergolden Verfahren zu wählen, Verwenden Sie keine HASL-Methode für Galvanik. Diese beschichtete Oberfläche bietet besseren Hauteffekt für Hochfrequenzströme. Darüber hinaus, Diese hochlötbare Beschichtung benötigt weniger Leitungen, Beitrag zur Verringerung der Umweltverschmutzung.

Lötmaske verhindert den Fluss von Lötpaste. Allerdings, Die Abdeckung der gesamten Leiterplattenoberfläche mit Lötmaskenmaterial führt aufgrund von Dickenunsicherheit und unbekannten Isoliereigenschaften zu großen Schwankungen der elektromagnetischen Energie im Mikrostreifendesign. Schweißdämme werden im Allgemeinen als Lötmaskenschichten verwendet.

Wenn Sie mit diesen Methoden nicht vertraut sind, Konsultieren Sie einen erfahrenen Konstrukteur, der an militärischen Mikrowellen-Leiterplatten gearbeitet hat. Sie können auch mit ihnen besprechen, welche Preisklasse Sie sich leisten können. Zum Beispiel, Ein coplanares Mikrostreifen-Design mit Kupfer auf der Rückseite ist wirtschaftlicher als ein Stripline-Design, und Sie können dies mit ihnen für eine bessere Beratung besprechen. Ingenieure sind vielleicht nicht daran gewöhnt, über Kosten nachzudenken, aber ihr Rat kann sehr hilfreich sein. Der Versuch, junge Ingenieure auszubilden, die mit HF-Effekten nicht vertraut sind und unerfahren im Umgang mit HF-Effekten sind, wird ein langfristiges Unterfangen sein.. Darüber hinaus, weitere Lösungen sind verfügbar, z. B. Nachrüstung des Computers mit der Fähigkeit, HF-Effekte zu verarbeiten.

Verbindung zwischen Leiterplatte und externe Geräte

Es kann nun davon ausgegangen werden, dass wir alle Probleme des Signalmanagements auf der Platine und der Verbindung der verschiedenen diskreten Komponenten gelöst haben. Also wie löst man den Signaleingang/Ausgabeproblem von der Leiterplatte zu den Drähten, die mit dem Remote-Gerät verbunden sind? In diesem Fall, Wir managen den Übergang zwischen Microstrip und Coax. In einem Koaxialkabel, Die Bodenebenen sind in einem Ring verwoben und gleichmäßig verteilt. In Microstrip, Die Bodenebene befindet sich unterhalb der aktiven Linie. 

Dies führt zu bestimmten Kanteneffekten, die verstanden werden müssen, vorhergesagt und bei der Auslegung berücksichtigt. Natürlich, Diese Missübereinstimmung führt auch zu Renditeverlusten, die reduziert werden müssen, um Rauschen und Signalstörungen zu vermeiden. Das Management von Impedanzproblemen innerhalb der Platine ist kein Designproblem, das ignoriert werden kann. Impedanz beginnt an der Oberfläche der Platine und wandert durch eine Lötstelle zum Stecker, Anschluss am Koaxialkabel. Da die Impedanz mit der Frequenz variiert, je höher die Frequenz, je schwieriger das Impedanzmanagement wird. Das Problem der Verwendung höherer Frequenzen zur Übertragung von Signalen über Breitband scheint ein großes Problem zu sein. Leiterplatte design.