Tecnología de PCB - Técnicas para reducir el efecto de radiofrecuencia en el diseño de interconexión de PCB

Este artículo presenta las diversas técnicas de diseño de interconexión entre chips a placas de circuito, interconexiones en PCB y dispositivos externos, incluida la instalación de equipos, el aislamiento de cableado y las medidas para reducir la inducción de alambre para ayudar a los diseñadores a reducir el efecto RF en el diseño de interconexión de pcb.

La interconexión de los sistemas de placas de circuito incluye la interconexión de chips a placas de circuito, la interconexión en PCB y la interconexión entre PCB y dispositivos externos. En el diseño de radiofrecuencia, las características electromagnéticas de los puntos de interconexión son uno de los principales problemas que enfrenta el diseño de ingeniería. Este artículo presenta varias habilidades de los tres diseños de interconexión anteriores, incluidos los métodos de instalación de dispositivos, el aislamiento de cableado y las medidas para reducir la inducción de alambre.

En la actualidad, hay indicios de que la frecuencia del diseño de placas de circuito impreso es cada vez mayor. A medida que la tasa de datos continúa creciendo, el ancho de banda necesario para la transmisión de datos también hace que el límite superior de la frecuencia de la señal alcance 1 GHz o incluso más. Aunque esta tecnología de señal de alta frecuencia está mucho más allá del alcance de la tecnología de ondas milimétricas (30 ghz), también involucra la tecnología de radiofrecuencia y microondas de gama baja.

Los métodos de diseño de ingeniería de radiofrecuencia deben ser capaces de manejar los efectos de campo magnético eléctrico fuerte que generalmente se producen en bandas de frecuencia más alta. Estos campos magnéticos inducen señales en líneas de señal adyacentes o en líneas de pcb, lo que provoca molestias en la conversación cruzada (interferencia y ruido total) y daña el rendimiento del sistema. La pérdida de eco se debe principalmente al desajuste de resistencia, y el impacto de la señal de desajuste de resistencia es el mismo que el ruido y la interferencia aditivos.

La Alta pérdida de eco tiene dos efectos negativos:

1. la señal reflejada en la fuente de señal aumentará el ruido del sistema, lo que dificultará que el receptor distinga el ruido de la señal;

2. debido al cambio de forma de la señal de entrada, cualquier señal reflejada básicamente reducirá la calidad de la señal.

Aunque el sistema digital solo procesa señales 1 y 0 y tiene una muy buena tolerancia a fallas, los armónicos generados cuando los pulsos de alta velocidad suben pueden causar que cuanto mayor sea la frecuencia, más débil será la señal. Aunque la tecnología de corrección de errores hacia adelante puede eliminar algunos efectos negativos, parte del ancho de banda del sistema se utiliza para transmitir datos redundantes, lo que resulta en una disminución del rendimiento del sistema. Una mejor solución es hacer que el efecto RF funcione en lugar de destruir la integridad de la señal. Se recomienda que la pérdida total de eco a la frecuencia del sistema digital (generalmente un punto de datos pobre) sea de - 25 db, lo que equivale a un vswr de 1,1.

El objetivo del diseño de PCB es un costo más pequeño, más rápido y más bajo. Para rfpcb, las señales de alta velocidad a veces limitan la miniaturización del diseño de pcb. En la actualidad, los principales métodos para resolver el problema de la conversación cruzada son la gestión del plano de tierra, la distancia entre los cables y la reducción de la inducción de los cables. El principal método para reducir la pérdida de eco es la coincidencia de resistencia. El método incluye una gestión efectiva del material aislante y el aislamiento de las líneas de señal activas y los cables de tierra, especialmente entre las líneas de señal y el suelo que saltan en Estado.

Debido a que el punto de interconexión es un eslabón débil en la cadena de circuitos, en el diseño de radiofrecuencia, las características electromagnéticas del punto de interconexión son el principal problema que enfrenta el diseño de ingeniería. Es necesario investigar cada punto de interconexión y resolver los problemas existentes. La interconexión del sistema de placas de circuito incluye la interconexión del chip a la placa de circuito, la interconexión en el PCB y la entrada / salida de señal entre el PCB y el dispositivo externo.

Interconexión entre chips y PCB

Pentium IV y chips de alta velocidad que contienen un gran número de puntos de interconexión de entrada / salida han salido. En lo que respecta al chip en sí, su rendimiento es confiable, con una tasa de procesamiento de 1 ghz. En el seminario de interconexión de casi gigahertz, es emocionante que los métodos para manejar el creciente número y frecuencia de I / o ya sean bien conocidos. El principal problema de la interconexión entre chips y PCB es que la alta densidad de interconexión hará que la estructura básica de los materiales de PCB se convierta en un factor que limita el crecimiento de la densidad de interconexión. En la reunión se propuso una solución innovadora para transmitir datos a placas de circuito adyacentes utilizando emisores inalámbricos locales dentro del chip. Independientemente de si este esquema es efectivo o no, los participantes tienen muy claro que en aplicaciones de alta frecuencia, la tecnología de diseño IC está lejos de la tecnología de diseño de pcb.

B. interconexión en PCB

Las habilidades y métodos de diseño de PCB de alta frecuencia son los siguientes:

1. se utilizará un ángulo de 45 ° En la esquina de la línea de transmisión para reducir la pérdida de retorno.

2. se utilizarán placas de circuito aisladas de alto rendimiento cuyo valor constante de aislamiento se controle estrictamente de acuerdo con el nivel. Este método es propicio para el manejo efectivo del campo electromagnético entre el material aislante y el cableado adyacente.

3. mejorar las especificaciones de diseño de PCB para el grabado de alta precisión. Considere especificar el error de ancho del bus de + / - 00007 pulgadas, gestione el corte inferior y la sección transversal de la forma del cableado y especifique las condiciones de galvanoplastia de la pared lateral del cableado. La geometría del cableado (alambre) y el manejo general de la superficie recubierta son muy importantes para resolver el problema de los efectos cutáneos relacionados con la frecuencia de microondas y lograr estas especificaciones.

4. los cables sobresalientes tienen inductores de grifo y se deben evitar los componentes con cables. Uso de componentes de montaje de superficie en entornos de alta frecuencia.

5. para el paso de la señal, evite usar el proceso de mecanizado de paso de agujero (pth) en la placa sensible, ya que este proceso puede causar inductores de alambre en el paso del agujero. Por ejemplo, cuando el agujero en la placa de 20 capas se utiliza para conectar las capas 1 a 3, la inducción del cable puede afectar las capas 4 a 19.

6. proporcionar una superficie plana suficiente. Estos estratos de conexión deben estar conectados con agujeros moldeados para evitar el impacto de campos magnéticos 3D en la placa de circuito.

7. se deben seleccionar procesos de níquel no electrolítico o inmersión en oro, y no se debe utilizar el método hasl para la galvanoplastia. Esta superficie galvanizada puede proporcionar un mejor efecto de piel para la corriente de alta frecuencia (figura 2). Además, este recubrimiento altamente soldable requiere menos plomo, lo que ayuda a reducir la contaminación ambiental.

8. la capa de bloqueo de soldadura puede evitar el flujo de pasta de soldadura. Sin embargo, debido a la incertidumbre del grosor y la incertidumbre de las propiedades de aislamiento, toda la superficie de la placa está cubierta con materiales de soldadura, lo que provocará grandes cambios en la energía electromagnética en el diseño de microstrip. La capa de resistencia a la soldadura se utiliza generalmente como capa de resistencia a la soldadura.

Si no está familiarizado con estos métodos, puede consultar a un ingeniero de diseño experimentado que se ha dedicado al diseño de placas de circuito de microondas militares. También puedes discutir con ellos el rango de precios que puedes pagar. Por ejemplo, el uso de un diseño de MICROSTRIP coplanar de cobre es más económico que el diseño de líneas de banda. Puedes discutir con ellos para obtener mejores consejos. Es posible que nuestros ingenieros no estén acostumbrados a considerar los costos, pero sus sugerencias también son muy útiles. Ahora debemos hacer todo lo posible para formar a jóvenes ingenieros que no estén familiarizados con los efectos de radiofrecuencia y carezcan de experiencia en el manejo de los efectos de radiofrecuencia, que será un trabajo a largo plazo.

Además, se pueden adoptar otras soluciones, como mejorar el tipo de computadora para tener capacidad de procesamiento de efectos de radiofrecuencia.

Interconexión de PCB con dispositivos externos

Ahora se puede considerar que hemos resuelto todos los problemas de gestión de señales en el tablero y en la interconexión de varios componentes discretos. ¿Entonces, ¿ cómo resolver el problema de entrada / salida de señal desde la placa de circuito hasta el cable que conecta el dispositivo remoto? El innovador de la tecnología de cables concéntricos, trompeter electronics, está trabajando para resolver este problema y ha logrado algunos avances importantes (figura 3). Además, vea el campo electromagnético que se muestra en la figura 4 a continuación. En este caso, gestionamos la conversión de MICROSTRIP a cable concéntrico. En los cables concéntricos, la capa de tierra está entrelazada en forma de anillo y espaciada uniformemente. En el microstrip, el plano de tierra se encuentra debajo de la línea activa. Esto introduce algunos efectos marginales que deben entenderse, predecirse y considerarse en el diseño. Por supuesto, este desajuste también puede causar pérdidas inversas. Este desajuste debe reducirse para evitar el ruido y la interferencia de la señal.

La gestión del problema de la resistencia de la placa de circuito es un problema de diseño que no se puede ignorar. La resistencia comienza en la superficie de la placa de circuito, luego llega al conector a través del punto de soldadura y finalmente llega al cable concéntrico. Debido a que la resistencia cambia con la frecuencia, cuanto mayor sea la frecuencia, más difícil será gestionar la resistencia. El problema del uso de frecuencias más altas para transmitir señales en banda ancha parece ser el principal problema en el diseño de pcb.