Leiterplattentechnisch - Techniken zur Reduzierung des HF-Effekts bei der Leiterplattenverbindung

Die Verbindung des Leiterplattensystems umfasst:

Chip-to-Board

Leiterplattenverbindung

Leiterplatten und externe Komponenten

Bei der HF-Konstruktion sind die elektromagnetischen Eigenschaften am Verbindungspunkt eines der Hauptprobleme, mit denen das Engineering konfrontiert ist

Dieser Artikel stellt die verschiedenen Techniken der oben genannten drei Arten von Verbindungsdesign vor, einschließlich Gerätemontagemethoden, Verdrahtungsisolierung und Maßnahmen zur Verringerung der Bleiinduktivität usw. Derzeit gibt es Anzeichen, dass die Häufigkeit des Leiterplattendesigns immer höher wird. Da die Datenrate weiter zunimmt, fördert die für die Datenübertragung erforderliche Bandbreite auch die obere Grenze der Signalfrequenz auf 1GHz oder sogar höher. Obwohl diese Hochfrequenzsignaltechnologie weit über den Bereich der Millimeterwellentechnologie (30GHz) hinausgeht, umfasst sie auch HF- und Low-End-Mikrowellentechnologie.

Das HF-Engineering-Design-Verfahren muss in der Lage sein, mit den stärkeren elektromagnetischen Feldeffekten umzugehen, die normalerweise in höheren Frequenzbändern erzeugt werden. Diese elektromagnetischen Felder können Signale auf benachbarten Signalleitungen induzieren oder Leiterplattenleitungen, causing unpleasant crosstalk (interference and total noise), und die Systemleistung beeinträchtigen können. Die Rücklaufverluste werden hauptsächlich durch Impedanzanpassung verursacht, und der Einfluss auf das Signal ist derselbe wie der Einfluss, der durch additive Rauschen und Interferenzen verursacht wird.

Es gibt zwei negative Auswirkungen von hohen Renditeverlusten:

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

Jedes reflektierte Signal beeinträchtigt grundsätzlich die Signalqualität, da sich die Form des Eingangssignals geändert hat.

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 die 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 besteht darin, HF-Effekte helfen zu lassen, anstatt die Signalintegrität zu beeinträchtigen. Es wird empfohlen, dass der Gesamtrücklaufverlust des digitalen Systems bei der höchsten Frequenz (normalerweise der schlechte Datenpunkt) -25dB beträgt, was einem VSWR von 1.1 entspricht.

Das Ziel des PCB-Designs ist kleiner, schneller und kostengünstiger. Bei HF-Leiterplatten begrenzen Hochgeschwindigkeitssignale manchmal die Miniaturisierung von Leiterplattendesigns.

Die Hauptmethode zur Lösung des Übersprecherproblems besteht darin, die Erdungsebene, den Raum zwischen der Verdrahtung zu verwalten und die Bleiinduktivität zu reduzieren.

Die wichtigste Methode zur Reduzierung der Rücklaufverluste ist die Impedanzanpassung. Diese Methode umfasst ein effektives Management von Dämmstoffen und die Isolierung von aktiven Signalleitungen und Erdungsleitungen, insbesondere zwischen Signalleitungen, die Zustände und Masse überschritten haben.

Da der Verbindungspunkt das schwächste Glied in der Schaltungskette ist, sind im HF-Design die elektromagnetischen Eigenschaften am Verbindungspunkt die Hauptprobleme des technischen Entwurfs. Jeder Verbindungspunkt muss untersucht und die bestehenden Probleme gelöst werden. Die Verbindung des Leiterplattensystems umfasst drei Arten der Verbindung: den Chip zur Leiterplatte, die Verbindung innerhalb der Leiterplatte und den Signaleingang/Ausgang zwischen der Leiterplatte und externen Geräten.

Erstens, die Verbindung zwischen dem Chip und der Leiterplatte

Pentium IV und High-Speed-Chips mit einer großen Anzahl von Ein-/Ausgangs-Verbindungspunkten sind bereits verfügbar. Was den Chip selbst betrifft, ist seine Leistung zuverlässig, und die Verarbeitungsrate konnte 1GHz erreichen. Das Hauptproblem der Verbindung zwischen dem Chip und der Leiterplatte ist, dass die Verbindungsdichte zu hoch ist, was dazu führt, dass die Grundstruktur des Leiterplattenmaterials zu einem Faktor wird, der das Wachstum der Verbindungsdichte begrenzt. Eine gängige Lösung besteht darin, den lokalen drahtlosen Sender im Chip zu verwenden, um die Daten an die benachbarte Leiterplatte zu übertragen. Unabhängig davon, ob dieses Schema effektiv ist oder nicht, sind die Teilnehmer sehr klar: Bei Hochfrequenzanwendungen ist die IC-Designtechnologie der PCB-Designtechnologie weit voraus.

Zweitens, Leiterplattenverbindung

Die Fähigkeiten und Methoden für Hochfrequenz-PCB-Design sind wie folgt:

Die Ecke der Übertragungsleitung sollte 45° sein, um den Rücklaufverlust zu verringern;

Es wird eine Hochleistungs-isolierte Leiterplatte mit einem Isolationskonstantenwert angenommen, der streng durch Füllstand kontrolliert wird. Diese Methode ist förderlich für eine effektive Verwaltung des elektromagnetischen Feldes zwischen dem Isoliermaterial und der benachbarten Verdrahtung.

Hervorstehende Leitungen haben Zapfeninduktivität, vermeiden Sie daher die Verwendung von Komponenten mit Leitungen. In hochfrequenten Umgebungen ist es am besten, oberflächenmontierte Komponenten zu verwenden.

Vermeiden Sie bei Signaldurchgängen die Verwendung eines via-processing (pth) Prozesses auf empfindlichen Platinen, da dieser Prozess zu Bleiinduktivität an den Durchgängen führt. Zum Beispiel, wenn ein Durchgang auf einer 20-Lagen-Platine verwendet wird, um Schichten 1 bis 3 zu verbinden, kann die Bleiinduktivität Schichten 4 bis 19 beeinflussen.

Für ein reiches Bodenflugzeug. Verwenden Sie geformte Löcher, um diese Masseebenen zu verbinden, um zu verhindern, dass das elektromagnetische 3D-Feld die Leiterplatte beeinflusst.

Verwenden Sie keine HASL-Methode für die Galvanisierung, um das galvanische Vernickeln oder Eintauchvergolden zu wählen. Diese Art von galvanisierter Oberfläche kann einen besseren Hauteffekt für Hochfrequenzstrom zur Verfügung stellen. Darüber hinaus benötigt diese hochlötbare Beschichtung weniger Blei, was zur Verringerung der Umweltbelastung beiträgt.

Die Lötmaske verhindert den Fluss von Lötpaste. Aufgrund der Unsicherheit der Dicke und des Unbekannten der Isolationsleistung ist die gesamte Oberfläche der Platte jedoch mit Lotmaskenmaterial bedeckt, was eine große Änderung der elektromagnetischen Energie im Mikrostreifendesign verursacht. Im Allgemeinen wird ein Lötdammer als Lötmaske verwendet.

Zur Verbesserung der PCB-Design-Spezifikationen im Zusammenhang mit hochpräzisem Ätzen. Es ist notwendig zu berücksichtigen, dass der Gesamtfehler der angegebenen Linienbreite +/-0.0007 Zoll beträgt, der Hinterschnitt und der Querschnitt der Verdrahtungsform verwaltet werden sollten, und die Plattierungsbedingungen der Verdrahtungsseitenwand sollten spezifiziert werden. Das Gesamtmanagement der Verdrahtungsgeometrie und der Beschichtungsoberfläche ist sehr wichtig, um das Hauteffektproblem im Zusammenhang mit der Mikrowellenfrequenz zu lösen und diese Spezifikationen zu realisieren. Wenn Sie mit diesen Methoden nicht vertraut sind, können Sie einen erfahrenen Konstruktionsingenieur konsultieren, der sich mit dem Entwurf von militärischen Mikrowellenplatinen beschäftigt hat. Zum Beispiel ist ein kupferbasiertes coplanares Mikrostreifendesign wirtschaftlicher als ein Streifendesign.

Drei, PCB und externe Geräte Verbindung

Wie löst man das Signaleingangs-/Ausgangsproblem von der Leiterplatte zum Kabel, das das Remote-Gerät verbindet? Trompeter Electronics, ein Innovator der Koaxialkabeltechnologie, arbeitet an der Lösung dieses Problems und hat einige wichtige Fortschritte gemacht. Werfen Sie auch einen Blick auf das elektromagnetische Feld in der Abbildung. In diesem Fall schaffen wir die Umwandlung von Mikrostreifen auf Koaxialkabel. Im Koaxialkabel ist die Masseschicht ringförmig verwoben und gleichmäßig verteilt. Im Mikrostreifen liegt die Grundebene unterhalb der aktiven Linie. Dies führt zu bestimmten Kanteneffekten, die beim Design verstanden, vorhergesagt und berücksichtigt werden müssen. Natürlich verursacht diese Abweichung auch Rücklaufverluste, und diese Abweichung muss minimiert werden, um Rauschen und Signalstörungen zu vermeiden.

Das Management von Impedanzproblemen in Leiterplatten ist kein Designproblem, das ignoriert werden kann. Die Impedanz beginnt von der Oberfläche der Leiterplatte, führt dann durch eine Lötstelle zum Stecker, und endet schließlich am Koaxialkabel. Da die Impedanz mit der Frequenz variiert, je höher die Frequenz, je schwieriger das Impedanzmanagement ist. Das Problem der Verwendung höherer Frequenzen zur Übertragung von Signalen über Breitband scheint das Hauptproblem bei der Auslegung zu sein..