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Con el rápido desarrollo de los sistemas digitales, las pérdidas de líneas de transmisión que antes se consideraban insignificantes ahora se están convirtiendo en el principal problema en el diseño de pcb. En ese momento, cuando la tasa de frecuencia del reloj era superior a 1 ghz, en realidad se había producido el impacto de la pérdida de transmisión relacionada con la frecuencia, especialmente la interfaz serdes de alta velocidad, la señal tenía un tiempo de subida muy rápido y la señal digital podía transportar más energía de alta frecuencia que su propia frecuencia de repetición. Estos componentes de energía de alta frecuencia se utilizan para construir señales digitales ideales de conversión rápida. Los autobuses serie de alta velocidad de hoy suelen tener una gran concentración de energía en los quintos armónicos de la velocidad del reloj.
Hay muchas aplicaciones digitales de alta velocidad que tienen una velocidad de 10 Gbit / S o más. Estas aplicaciones utilizan una frecuencia base de 5 GHz y armónicos de 15 ghz, 25 ghz, etc. dentro de este rango de frecuencia, la mayoría de los materiales comunes de PCB tienen diferencias muy significativas en términos de pérdida dieléctrica (df) y causan graves problemas de integridad de la señal. Esta es una de las razones por las que las placas de circuito impreso digital de alta velocidad utilizan placas especiales especialmente diseñadas para aplicaciones de alta frecuencia. La fórmula de estos materiales tiene un bajo factor de pérdida y tiene la menor variación en un amplio rango de frecuencias. Estas placas se utilizaban a menudo en aplicaciones de radiofrecuencia de alta frecuencia en el pasado, e incluso ahora se utilizan en aplicaciones de 77 GHz y más. Además de mejorar el factor de pérdida dieléctrica, estas placas están equipadas con un estricto control de espesor y control DK para garantizar mejor la integridad de la señal.
En el Taipei Computer show 2019, AMD lanzó la tercera generación de procesadores ryzen ryzen. Además del rendimiento de la CPU de 7 nanómetros de amd, comenzó a suprimir intel. El chipset x570 que admite también ha introducido soporte para PCIe 4.0. El disco duro de estado sólido PCIe 4.0 nvme también comenzó a entrar en el mercado, y se espera que la especificación PCIe 5.0 se publique en dos años.
La tasa de datos del PCIe 5.0 alcanzará el terrible 32gt / s, lo que agravará la pérdida de inserción relacionada con la frecuencia. El material de PCB seleccionado tendrá un gran impacto en la pérdida de inserción en cada área.
¡Si no se tiene en cuenta el impacto de la placa de circuito en la señal de alta velocidad al diseñar el pcb, ¡ el viejo conductor también volcará!
Al elegir una placa de pcb, es necesario lograr un equilibrio entre cumplir con los requisitos de diseño de pcb, la producción a gran escala y los costos. En pocas palabras, los requisitos de diseño incluyen fiabilidad eléctrica y estructural. Por lo general, el problema de la placa es más importante al diseñar una placa de PCB de muy alta velocidad (frecuencia superior a ghz). Por ejemplo, los materiales FR - 4 de uso común tienen una gran pérdida dieléctrica DF (pérdida dieléctrica) a varias frecuencias de ghz, lo que puede no ser aplicable.
La velocidad de funcionamiento de los circuitos digitales de alta velocidad es el principal factor considerado en la selección de pcb. Cuanto mayor sea la velocidad del circuito, menor será el valor DF del PCB seleccionado. Las placas de circuito con pérdidas medias y bajas serán adecuadas para circuitos digitales de 10 GB / s; Las placas con pérdidas más bajas son adecuadas para circuitos digitales de 25 GB / s; Las placas con pérdidas ultra bajas serán adecuadas para circuitos digitales de alta velocidad más rápidos y la velocidad puede ser de 50 GB / S o más.
Según el material df:
Placas de circuito con un dfentre 0,01 ï y medio 0005, adecuadas para el límite superior de los circuitos digitales de 10 GB / s;
DFS entre 0005 ï y 0003, con un límite superior adecuado de 25 GB / s de circuitos digitales en la placa de circuito;
Las placas de circuito con un DF no superior a 00015 son adecuadas para circuitos digitales de 50 GB / S o incluso más.
Para los PCB de alta velocidad, al diseñar, es necesario considerar si la selección y el diseño del material cumplen con los requisitos de integridad de la señal, lo que requiere minimizar la pérdida de transmisión de la señal.
La pérdida de transmisión del PCB se compone principalmente de la pérdida dieléctrica, la pérdida del conductor y la pérdida de radiación.
Cuando la señal de alta frecuencia se transmite del conductor al receptor en el PCB a lo largo de la línea de transmisión larga, el factor de pérdida del material dieléctrico tiene un gran impacto en la señal. Un mayor factor de disipación significa una mayor absorción dieléctrica. Los materiales con un mayor coeficiente de pérdida afectarán las señales de alta frecuencia en las líneas de transmisión de larga distancia. La absorción dieléctrica aumenta la atenuación de alta frecuencia.
El material dieléctrico más utilizado en los PCB es el FR - 4, que utiliza laminados de vidrio de resina epoxi y puede cumplir con los requisitos de varias condiciones de proceso. La isla del FR - 4 está entre 4,1 y 4,5. Getek es otro material que se puede utilizar en placas de circuito de alta velocidad. El getek está compuesto por resina epoxi (polifenileno éter) con un índice de refracción entre 3,6 y 4,2.
Pérdida de alambre
El flujo de carga eléctrica en el material puede causar una pérdida de energía. Las pérdidas de conductores de las líneas de MICROSTRIP externas e internas se pueden dividir en dos partes: pérdidas de corriente continua y pérdidas de corriente alterna. El DC mencionado aquí es un circuito por debajo de 1 mhz. Aunque la pérdida de corriente continua generalmente no es adecuada para el diseño de circuitos de alta velocidad, la disminución de la resistencia erosionará el nivel lógico y la tolerancia al ruido del sistema multipunto (como la dirección DDR3 / 4 de sodim y el cableado del bus de control de mando). Sin embargo, la longitud del cable de señal de la memoria a bordo suele ser inferior a 3 pulgadas. Por esta razón, la cuestión no se ha destacado.
Para circuitos típicos de 5 milímetros de ancho, 1,4 milímetros de espesor (1 onza de cobre) y 1 pulgada de largo, cuando se aplica corriente continua, la resistencia de la ruta de la señal suele ser de 0,1 ohm / pulgada. La resistencia a granel del cobre y de la mayoría de los demás metales es constante hasta que la frecuencia se acerca a los 100 ghz. En cualquier caso, es el efecto cutáneo el que desencadena la Dependencia de frecuencia del conductor.
La corriente alterna tiene pérdidas de conductores de resistencia o inducción debido a su dependencia de frecuencia. A baja frecuencia, algunos diseñadores de PCB creen que la resistencia y la inducción son las mismas que la corriente continua, pero a medida que aumenta la frecuencia, la distribución de la corriente transversal en la línea de transmisión y la superficie de referencia se vuelve desigual y se mueve hacia el exterior del conductor. Debido al efecto cutáneo, la corriente eléctrica se ve obligada a entrar en la superficie exterior del cobre, lo que aumenta considerablemente la pérdida. La redistribución de la corriente aumenta la resistencia y reduce la inducción de la bobina por unidad de longitud. A medida que la frecuencia aumenta por encima de 1 ghz, la resistencia continúa aumentando, y la bobina de inducción alcanza el valor límite, convirtiéndose en una bobina de inducción externa. Cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será la tendencia de la corriente eléctrica a fluir sobre la superficie exterior del conductor. La resistencia de CA se mantendrá aproximadamente igual a la resistencia de corriente continua hasta que la frecuencia suba a un punto determinado, es decir, cuando la profundidad de la piel sea inferior al espesor del conductor.
