L'actualité PCB - Analyse de l'intégrité du signal dans la conception de PCB

Flexibilité et rigidité - avec l'utilisation croissante des cartes PCB flexibles dans l'électronique, une vitesse ultra - rapide sur les cartes PCB flexibles est inévitable. Ces systèmes nécessitent également une couche de terre pour l'isolation et des références RF et numériques séparées pour les protocoles sans fil. Les vitesses élevées et les fréquences élevées créent la possibilité de problèmes d'intégrité du signal, dont beaucoup sont liés à l'emplacement et à la géométrie de la couche de terre dans le PCB.

Une méthode courante pour fournir une référence constante à 0v sur les plaques flexibles flexibles et rigides consiste à utiliser des lignes hachurées ou des plans de masse en forme de grille sur les bandes flexibles. On obtient ainsi de gros conducteurs qui peuvent encore fournir un blindage sur une large gamme de fréquences, tout en permettant à la bande souple de se plier et de se plier sans créer de rigidité excessive. Cependant, le problème de l'intégrité du signal se pose de deux façons:

Assurer une impédance de câblage, un blindage et une isolation cohérents et prévenir les effets similaires au tissage de fibres dans la structure de la trappe.

Conception de plan de grille

Dans un sens fondamental, un profil longitudinal fonctionne sur un principe similaire à tout autre plan de masse. Son but est de fournir une référence cohérente afin que les traces puissent être conçues avec l'impédance souhaitée. Toute géométrie de ligne de transmission courante (ligne microruban, ligne ruban ou guide d'onde) peut être placée dans un PCB rigide ou flexible avec un plan de masse Maillé. Les zones de cuivre dans lesquelles des lignes hachurées sont placées sur la couche superficielle de la bande flexible donnent presque le même effet que le cuivre massif basse fréquence.

Les configurations communes de câblage en bande et en microbande sur bande flexible avec plan de masse du réseau sont présentées ci - dessous.

Motif de plan de terre de grille sur bande élastique.

Cette structure de grille peut être utilisée pour les plaques rigides, mais je ne l'ai jamais vraiment vu et le client ne l'a pas demandé. Au lieu de cela, le motif de grille est utilisé pour les plaques flexibles flexibles / rigides afin d'équilibrer le contrôle d'impédance avec le besoin de bandes flexibles raisonnables. Que vous conceviez des traces ou des motifs de remplissage, suivez la pratique des bandes flexibles statiques et dynamiques ainsi que la norme IPC 2223.

Contrôle d'impédance

Une option pour utiliser une seule extrémité ou une paire différentielle est de placer du cuivre solide dans une couche plane juste en dessous du câblage et de placer la grille ailleurs dans le circuit. Si le câblage devient très dense, vous devez utiliser la grille dans tous les endroits. Si vous choisissez un réseau électrique, il y a plus de flexibilité, mais moins d'isolation du blindage et les conditions de contrôle de l'impédance changent.

Comme on l'a vu ci - dessus, la structure de plan de maille présente deux paramètres géométriques: L et W. ces deux paramètres peuvent être combinés en facteur de remplissage ou en partie en surface de maille recouverte de cuivre. La modification de ces paramètres produit les effets suivants:

En supposant que les autres paramètres restent les mêmes, l'ouverture de la zone de grille (en augmentant l'ouverture de la grille) augmente l'impédance. Cela rend également le ruban plus facile à plier (en utilisant moins de force).

L'augmentation de W tout en gardant les autres paramètres inchangés fermera la zone du réseau électrique, augmentant ainsi l'impédance

E. cela rend également le motif de bande plus difficile à plier (en utilisant plus de force).

Les autres paramètres contrôlant l'impédance de la géométrie standard ont le même effet lorsque le plan de masse du réseau électrique est utilisé. En entrant dans les hautes fréquences, vous exciterez des motifs non - tem autour de la ligne de transmission et vous verrez peut - être même un effet similaire au tissage de fibres.

Les bandes Flex Carbon ont - elles un tissage en fibre?

C'est là que le plan de masse de la grille sur le PCB est très intéressant, car les motifs de grille peuvent commencer à ressembler aux motifs de tissage de verre utilisés dans fr4 et d'autres stratifiés. Nous revenons donc maintenant à une situation où nous devons nous préoccuper du tissage des fibres dans un substrat généralement lisse et relativement homogène. Ces effets se produisent lorsque la bande passante du signal parcouru chevauche une ou plusieurs résonances dans la grille. Pour l = 60 mils sur Polyimide, la résonance d'ordre sera de 50 GHz.

Ces structures de lignes hachurées peuvent générer un rayonnement intense lorsque le signal numérique se propage le long des pistes du plan de masse de la grille, que ce soit sur un substrat PCB rigide ou flexible. Comme de plus en plus d'applications Flex sont ouvertes à des fréquences plus élevées, pour une raison quelconque, je m'attends à ce que ces effets s'aggravent dans les bandes Flex avec des plans de masse maillés.

Haute résonance Q

Comme les substrats traditionnels tissés en verre, les mailles forment une structure de cavité qui peut supporter la résonance lorsqu'elle est excitée à une fréquence spécifique. Ces cavités résonantes dans le plan de masse de la grille auront des valeurs Q très élevées car les parois des cavités sont très conductrices (cuivre). Il aura donc moins de pertes et une résonance Q plus élevée. Il en résulte une augmentation de l'émission de la cavité et des pertes de puissance de résonance.

Faible isolation du réseau ouvert

Le plan de masse Maillé assure généralement que tout rayonnement EMI issu de la cavité de tissage fibreux est émis le long des bords de la plaque. La grille ayant des cavités ouvertes, elle est moins isolante et peut également rayonner le long de la surface du ruban de carbone flexible. Cela a l'effet inverse: alors que le câblage est plus susceptible d'émettre des radiations, il est également plus sensible aux EMI externes.

Pour résoudre ces problèmes, utilisez une grille plus serrée, de la même manière que vous utilisez un tissage en verre plus serré pour empêcher l'effet de tissage des fibres. Flexible et rigide - les PCBs flexibles continueront à faire partie de la carte PCB et deviendront plus avancés avec de nouvelles capacités de fabrication.