Leiterplattentechnisch - Tipps zur Reduzierung des HF-Effekts im PCB-Verbindungsdesign

Dieses Papier stellt verschiedene Fähigkeiten von Chip auf Leiterplatte vor, Zusammenschaltung in PCB und Zusammenschaltungsplanung zwischen PCB und externe Geräte, inkl. Geräteinstallation, Verdrahtungsisolierung und Maßnahmen zur Reduzierung der Bleiinduktivität, um Designern zu helfen, HF-Effekt in PCB ZusammenschaltungsDesign.

Die Verbindung des Leiterplattensystems umfasst Chip zu Leiterplatte, Verbindung in Leiterplatte und Verbindung zwischen Leiterplatte und externen Geräten. Bei der HF-Konstruktion sind die elektromagnetischen Eigenschaften am Verbindungspunkt eines der Hauptprobleme, mit denen das Engineering-Design konfrontiert ist. Dieses Papier stellt verschiedene Fähigkeiten der oben genannten drei Arten von VerbindungsDesign vor, einschließlich Geräteinstallationsmethoden, Verdrahtungsisolierung und Maßnahmen zur Reduzierung der Bleiinduktivität.

Derzeit gibt es Anzeichen dafür, dass die Häufigkeit des Leiterplattendesigns immer höher wird. Mit dem kontinuierlichen Wachstum der Datenrate lässt die für die Datenübertragung erforderliche Bandbreite auch die obere Grenze der Signalfrequenz 1GHz oder sogar höher erreichen. Obwohl diese Hochfrequenzsignaltechnologie weit über den Bereich der Millimeterwellentechnologie (30ghz) hinausgeht, umfasst sie auch HF- und Low-End-Mikrowellentechnologie.

Die HF-Engineering-Konstruktionsmethode muss in der Lage sein, mit den starken elektromagnetischen Feldeffekten umzugehen, die normalerweise im höheren Frequenzband erzeugt werden. Diese elektromagnetischen Felder können Signale auf benachbarten Signalleitungen induzieren oder Leiterplattenleitungen, resulting in annoying crosstalk (interference and total noise) and damaging system performance. Die Rücklaufverluste werden hauptsächlich durch Impedanzanpassung verursacht, die gleiche Auswirkung auf das Signal hat wie additive Rauschen und Interferenzen.

Hohe Renditeverluste haben zwei negative Auswirkungen:

1. Das Signal, das zurück zur Signalquelle reflektiert wird, erhöht das Systemrauschen, wodurch es für den Empfänger schwieriger wird, das Rauschen vom Signal zu unterscheiden;

2. Jedes reflektierte Signal verschlechtert grundsätzlich die Signalqualität, weil sich die Form des Eingangssignals ändert.

Obwohl das digitale System nur 1- und 0-Signale verarbeitet und eine sehr gute Fehlertoleranz aufweist, verursachen die Oberschwingungen, die beim Anstieg des Hochgeschwindigkeitsimpulses erzeugt werden, je höher die Frequenz, desto schwächer das Signal. Obwohl Forward-Fehlerkorrektur-Technologie einige negative Effekte beseitigen kann, wird ein Teil der Systembandbreite verwendet, um redundante Daten zu übertragen, was zu einer Verringerung der Systemleistung führt. Eine bessere Lösung ist, den HF-Effekt helfen zu lassen, anstatt die Integrität des Signals zu beschädigen. Es wird empfohlen, dass die Gesamtrücklaufdämpfung bei der digitalen Systemfrequenz (normalerweise schlechte Datenpunkte) zu 25dB beträgt, was dem VSWR von 1.1 entspricht.

Das Ziel des PCB-Designs ist kleiner, schneller und kostengünstiger. Für rfpcb begrenzt Hochgeschwindigkeitssignal manchmal die Miniaturisierung des PCB-Designs. Gegenwärtig sind die Hauptmethoden zur Lösung des Übersprecheproblems Masseebene Management, Abstand zwischen Verdrahtung und Verringerung der Bleiinduktivität. Die wichtigste Methode zur Reduzierung der Rücklaufverluste ist die Impedanzanpassung. Diese Methode umfasst die effektive Verwaltung von Isoliermaterialien und die Isolierung von aktiver Signalleitung und Erdungskabel, insbesondere zwischen Signalleitung und Masse mit Zustandssprung.

Da der Verbindungspunkt das schwache Glied in der Schaltungskette ist, ist die elektromagnetische Eigenschaft am Verbindungspunkt das Hauptproblem des technischen Entwurfs im HF-Design. Es ist notwendig, jeden Verbindungspunkt zu untersuchen und die bestehenden Probleme zu lösen. Die Verbindung des Leiterplattensystems umfasst Chip zu Leiterplatte, Verbindung in Leiterplatte und Signaleingangssteuerungsausgang zwischen Leiterplatte und externen Geräten.

a. Verbindung zwischen Chip und PCB

Pentium IV und Hochgeschwindigkeits-Chips mit einer großen Anzahl von Eingangs-Ausgangs-Verbindungspunkten stehen zur Verfügung. Was den Chip selbst betrifft, ist seine Leistung zuverlässig, und die Verarbeitungsrate hat 1GHz erreicht. Das Spannende beim Nah-GHz-Interconnection-Seminar ist, dass die Methoden, mit der wachsenden Zahl und Frequenz von I.O umzugehen, weithin bekannt sind. Das Hauptproblem der Verbindung zwischen Chip und PCB ist, dass eine zu hohe Verbindungsdichte dazu führt, dass die Grundstruktur des PCB-Materials zu einem Faktor wird, der das Wachstum der Verbindungsdichte begrenzt. Auf dem Treffen wurde eine innovative Lösung vorgeschlagen, d.h. der lokale Funksender im Chip wurde verwendet, um Daten an die angrenzende Leiterplatte zu übertragen. Ob dieses Schema effektiv ist oder nicht, die Teilnehmer sind sehr klar: In Bezug auf Hochfrequenzanwendungen ist die IC-Designtechnologie weit von der PCB-Designtechnologie entfernt.

b. Verbindung in Leiterplatten

Die Fähigkeiten und Methoden des Hochfrequenz-PCB-Designs sind wie folgt:

Winkel 1. 45 ° wird für die Ecke der Übertragungsleitung angenommen, um Rückverlust zu reduzieren

2. Isolierte Hochleistungs-Leiterplatte mit Isolationskonstanten Wert, der streng durch Niveau kontrolliert wird, wird angenommen. Diese Methode ist förderlich für die effektive Verwaltung des elektromagnetischen Feldes zwischen dem Isoliermaterial und der benachbarten Verdrahtung.

3. Verbessern Sie PCB-Design-Spezifikationen für hochpräzises Ätzen. Erwägen Sie, einen Fehler in der Gesamtlinienbreite von + /.0.0007 Zoll anzugeben, Hinterschnitt und Querschnitt der Verdrahtungsformen zu verwalten und Bedingungen für die Verdrahtung der Seitenwände anzugeben. Das Gesamtmanagement der Verdrahtungsgeometrie und der Beschichtungsoberfläche ist sehr wichtig, um das Problem des Hauteffekts im Zusammenhang mit der Mikrowellenfrequenz zu lösen und diese Spezifikationen zu realisieren.

4. Die vorstehende Leitung hat Zapfeninduktivität, und die Komponenten mit Leitungen müssen vermieden werden. Verwenden Sie oberflächenmontierbare Komponenten in Hochfrequenz-Umgebungen.

5. Vermeiden Sie bei Signaldurchführungen die Verwendung des Via-Bearbeitungsverfahrens (PTH) auf der empfindlichen Platine, da dieser Prozess zu Bleiinduktivität am Via führt. Zum Beispiel, wenn ein Durchgang auf einer 20-Lagenplatte verwendet wird, um Schichten 1 bis 3 zu verbinden, kann die Bleiinduktivität Schichten 4 bis 19 beeinflussen.

6. Stellen Sie reichlich Bodenfläche zur Verfügung. Zum Verbinden dieser Erdungsschichten müssen geformte Löcher verwendet werden, um den Einfluss des elektromagnetischen 3D-Feldes auf die Leiterplatte zu verhindern.

7. Nicht elektrolytisches Vernickeln oder Goldtauchverfahren ist auszuwählen, und HASL-Verfahren darf nicht für die Galvanik verwendet werden. Diese galvanisierte Oberfläche kann einen besseren Hauteffekt für Hochfrequenzstrom liefern (Abb. 2). Darüber hinaus benötigt diese hochschweißbare Beschichtung weniger Blei, was zur Verringerung der Umweltbelastung beiträgt.

8. Die Lotresistschicht kann den Fluss der Lotpaste verhindern. Aufgrund der Unsicherheit der Dicke und der Unsicherheit der Isolationsleistung ist die gesamte Plattenoberfläche jedoch mit Lotresistmaterial bedeckt, was zu großen Veränderungen der elektromagnetischen Energie im Mikrostreifendesign führt. Solterdam wird im Allgemeinen als Lotresistschicht verwendet.

Wenn Sie mit diesen Methoden nicht vertraut sind, können Sie einen erfahrenen Konstruktionsingenieur konsultieren, der sich mit dem Entwurf von militärischen Mikrowellenplatinen beschäftigt hat. Sie können auch mit ihnen besprechen, welche Preisklasse Sie sich leisten können. Zum Beispiel ist die Verwendung von kupfergestütztem coplanarem Mikrostreifen-Design wirtschaftlicher als das Streifendesign. Sie können es mit ihnen besprechen, um bessere Vorschläge zu erhalten. Unsere Ingenieure sind es vielleicht nicht gewohnt, über Kosten nachzudenken, aber ihre Vorschläge sind auch sehr hilfreich. Jetzt sollten wir unser Bestes versuchen, junge Ingenieure auszubilden, die nicht mit HF-Effekt vertraut sind und keine Erfahrung im Umgang mit HF-Effekt haben, was eine langfristige Arbeit sein wird.

Darüber hinaus können andere Lösungen angenommen werden, wie die Verbesserung des Computertyps, um HF-Effektverarbeitungsfähigkeit zu haben.

c. Leiterplattenverbindung mit externen Geräten

Es kann nun davon ausgegangen werden, dass wir alle Probleme des Signalmanagements auf der Platine und bei der Verbindung verschiedener diskreter Komponenten gelöst haben. Wie löst man also das Problem des Signaleingangs-Ausgangs von der Platine an den Draht, der das Remote-Gerät verbindet? Trompeterelektronik, der Innovator der Koaxialkabeltechnologie, arbeitet an der Lösung dieses Problems und hat einige wichtige Fortschritte gemacht (Abbildung 3). Werfen Sie außerdem einen Blick auf das elektromagnetische Feld in Abbildung 4 unten. In diesem Fall übernehmen wir die Umstellung von Microstrip auf Koaxialkabel. Im Koaxialkabel ist die Erdungsdrahtschicht ringverflochten und gleichmäßig voneinander entfernt. In einem Mikrostreifen liegt die Grundebene unterhalb der aktiven Linie. Dies führt einige Kanteneffekte ein, die im Design verstanden, vorhergesagt und berücksichtigt werden müssen. Natürlich führt dieses Missverhältnis auch zu Rückenverlust. Diese Abweichung muss reduziert werden, um Rauschen und Signalstörungen zu vermeiden.

Das Management des Impedanzproblems in der Leiterplatte ist kein vernachlässigbares Designproblem. Die Impedanz beginnt von der Oberfläche der Leiterplatte, führt dann durch eine Lötstelle zum Stecker und endet am Koaxialkabel. Da die Impedanz mit der Frequenz variiert, je höher die Frequenz, je schwieriger es ist, die Impedanz zu verwalten. Das Problem der Verwendung höherer Frequenzen zur Übertragung von Signalen über Breitband scheint das Hauptproblem in der PCB-Design.