Leiterplattentechnisch - Leiterplatten-Leiterbahnen und dielektrische Dämpfung am Ende der Leiterbahn

Signaldämpfung durch Leiterplatten-Spuren und dielektrisch

Die Amplitude des Signals wird durch den Verdrahtungswiderstand und den Verlustfaktor des Leiterplattendielektrikums verzerrt. Dieser Effekt ist bei hohen Frequenzen stärker ausgeprägt, da sich das Signal tendenziell entlang der Spurenoberfläche ausbreitet. Dämpfung führt zu einer langsameren Signalanstiegszeit und erhöht die Wahrscheinlichkeit von Datenfehlern.

Der hochfrequente Übertragungskanal erschwert es dem Empfänger, die tatsächlichen Informationen zu interpretieren. Durch den Einfluss des Übertragungsmediums tritt folgender Übertragungsverlust auf:

Dielektrische Absorption: Wenn sich Hochfrequenzsignale auf der Oberfläche der Leiterplatte ausbreiten, Das dielektrische Material absorbiert die Signalenergie. Es reduziert die Signalstärke, die nur durch die Wahl der perfekten Leiterplattenmaterial. Wählen Sie Materialien mit geringer Verlusttangente, um dielektrische Absorption zu reduzieren.

Um mehr über die Materialauswahl zu erfahren, lesen Sie bitte PCB Material Selection: Electrical and Manufacturing Considerations.

Skin-Effekt: Der Skin-Effekt ist ein Phänomen, bei dem hochfrequente Komponenten beginnen, näher an der Außenseite der Leiterplatten-Leiter anstatt an der Innenseite zu sein. Hochfrequenzsignale sind auch für die Erzeugung von Wellenformen mit unterschiedlichen Stromwerten verantwortlich. Solche Signale haben ihren Selbstinduktivitätswert, und wenn die Frequenz zunimmt, steigt der Selbstinduktivitätswert. Es ist für die Reduzierung des leitfähigen Bereichs auf der Leiterplattenoberfläche verantwortlich, was zu mehr Widerstand und Dämpfung der Signalamplitude führt. Der Skin-Effekt kann durch Vergrößerung der Leiterbahnbreite (Oberfläche) reduziert werden, aber dies ist nicht immer machbar, da eine Änderung der Leiterbahngeometrie Impedanzprobleme verursachen kann.

Mit zunehmendem Signalbereich nimmt auch die Dämpfung zu. Die folgenden Faktoren sind die Ursachen der Signaldämpfung:

Rauschquelle: HF-Frequenz, Leckstrom und Stromstörungen verursachen abgeschwächte Signale. Mehr Lärm, mehr Dämpfung!

Der Abstand zwischen Sender und Empfänger: Wenn das Signal eine längere Strecke zurücklegt, nimmt seine Stärke ab. Je größer der Abstand zwischen zwei Punkten, desto höher die Dämpfung.

Spurbreite: Das Signal dämpft weniger, wenn es durch eine breitere Spur geht.

Übersprechen: Übersprechen in nahegelegenen Leiterbahnen ist auch eine Ursache für die Signaldämpfung.

Leiter und Stecker: Wenn das Signal durch verschiedene leitfähige Materialien und Verbindungsoberflächen geht, wird es abgeschwächt.

Übertragungsfrequenz: Je kürzer die Wellenlänge, desto größer die Dämpfung von Radiowellen. Solche Signale werden durch 2,4GHz oder 5GHz elektromagnetische Wellen übertragen. Elektromagnetische Wellen haben eine hohe Frequenz und kurze Wellenlänge. Daher ist die Dämpfung von Funksignalen groß und kann nicht über große Entfernungen übertragen werden.

Widerstandsverluste in Verbindung mit Leitermaterialien: Leitfähige Materialien wie Kupfer, das bei der Herstellung von Übertragungsleitungen verwendet wird, führen zu Widerstandsverlusten, die zu einer Dämpfung der Signale führen, die sich auf den Kupferspuren ausbreiten.

Verlust im Zusammenhang mit dielektrischen Materialien: Der Verlust von dielektrischen Materialien zwischen Übertragungsleitungen verursacht dielektrischen Verlust. Dieser dielektrische Verlust bildet Leitfähigkeit über das Substrat, auch als Rückwiderstand bekannt, und absorbiert einen Teil der sich ausbreitenden Signalenergie, was zu einer Signaldämpfung führt.

Kupferoberflächenrauhigkeit: Die Kupferoberflächenrauhigkeit auf der Leiterplatte kann auch die Signalausbreitung behindern. Grobe Kupferdrähte erhöhen den Widerstand, da die Topographie der Kupferoberfläche das Signal auf und ab bewegt. Oberflächenspitzen erhöhen auch die Kapazität. Glattes Kupfer ist die Lösung für dieses Problem, aber zu höheren Kosten.

Erdungsschleifenwiderstand: Mit zunehmender Frequenz wird die Erdungsschleife schmaler und verbraucht weniger Kupferfläche, was zu einer Erhöhung des Widerstands führt.

Wie kann die Signaldämpfung reduziert werden?

Die Signaldämpfung kann mit folgenden Techniken reduziert werden:

Repeater verwenden: Wenn das empfangene Signal schwach ist, verwenden Sie einen Repeater, um das Originalsignal durch Verringerung der Dämpfung zu regenerieren. Es erhöht auch die Reichweite des Signals, so dass es über längere Distanzen ohne Ausfall übertragen werden kann.

Verstärker verwenden: Wenn das empfangene Signal schwach ist, verwenden Sie einen Verstärker, um seine Amplitude zu erhöhen, die sich von einem Repeater unterscheidet, der das gesamte Signal regeneriert.

Richtige Materialauswahl: Eine sorgfältige Auswahl verlustarmer dielektrischer Materialien und Leiterbahnen mit geringem Widerstand kann die Signaldämpfung minimieren.

Verwenden Sie programmierbare Differenzausgangsspannungseinstellungen (VOD): Programmierbare VOD stellt sicher, dass die Antriebsstärke mit der Leitungsimedanz und der Leiterplattenführungslänge synchronisiert wird. Die Erhöhung der VOD des Fahrers erhöht das Signal des Empfängers.

Vorbetonung: Die Verwendung eines Verstärkers zur Verbesserung der Signalstärke ist nicht die einzige Lösung für PCB-Signal Dämpfungsregelung, weil es auch das zugehörige Signalrauschen und Jitter verstärkt. Die Vorbetonung verbessert nur die Hochfrequenzkomponenten des Signals, indem der Pegel des ersten übertragenen Symbols erhöht wird. Werden nachfolgende Symbolebenen auf derselben Ebene übertragen, sie bleiben unverändert. Zum Beispiel, wenn das Signal einen hohen Pegel von drei Symbolen sendet, Nur das erste Symbol wird verbessert. Die nächsten beiden Symbole werden auf der gewohnten Ebene übertragen.