Technologie PCB - Astuces pour réduire les effets RF dans la conception d'interconnexion PCB

Cet article décrit diverses astuces pour la conception d'interconnexions entre les circuits imprimés et les périphériques externes, y compris l'installation de l'appareil, l'isolation du câblage et les mesures visant à réduire l'inductance des conducteurs pour aider les concepteurs à réduire l'effet RF dans la conception d'interconnexions de circuits imprimés.

L'interconnexion d'un système de carte comprend la puce à la carte, l'interconnexion dans le PCB et l'interconnexion entre le PCB et les périphériques externes. Dans la conception RF, les propriétés électromagnétiques des points d'interconnexion sont l'un des principaux problèmes rencontrés par la conception technique. Cet article décrit diverses astuces pour les trois conceptions d'interconnexion décrites ci - dessus, y compris les méthodes d'installation de dispositifs, l'isolation du câblage et les mesures visant à réduire l'inductance des conducteurs.

Actuellement, il y a des signes de la fréquence croissante de la conception de circuits imprimés. La bande passante requise pour la transmission des données est également telle que la limite supérieure de la fréquence du signal atteint 1 GHz et même plus, à mesure que le débit de données augmente. Bien que cette technologie de signalisation à haute fréquence aille bien au - delà de la technologie des ondes millimétriques (30 GHz), elle implique également des technologies RF et micro - ondes bas de gamme.

Les méthodes de conception d'ingénierie RF doivent être capables de gérer les effets de champs électromagnétiques puissants qui se produisent généralement dans les bandes de fréquences plus élevées. Ces champs électromagnétiques induisent des signaux sur des lignes de signal ou des lignes de PCB adjacentes, ce qui entraîne une diaphonie gênante (interférences et bruit total) et nuit aux performances du système. Les pertes de retour sont principalement causées par la désappariement d'impédance, qui a le même effet que le bruit additif et les interférences.

Les pertes de rendement élevées ont deux effets négatifs:

1. Le signal réfléchi à la source du signal augmente le bruit du système, ce qui rend plus difficile pour le récepteur de distinguer le bruit du signal;

2. En raison du changement de forme du signal d'entrée, tout signal réfléchi réduira essentiellement la qualité du signal.

Bien que le système numérique ne traite que les signaux 1 et 0 et ait une très bonne tolérance aux pannes, les harmoniques générées lors de la montée d'impulsions à grande vitesse entraînent une fréquence plus élevée et un signal plus faible. Bien que la technologie de correction d'erreur avant puisse éliminer certains effets négatifs, une partie de la bande passante du système est utilisée pour transmettre des données redondantes, ce qui entraîne une baisse des performances du système. Une meilleure solution serait de faire fonctionner l'effet RF plutôt que de détruire l'intégrité du signal. Une perte de retour totale de - 25 dB à la fréquence du système numérique (généralement un point de données médiocre) est recommandée, ce qui équivaut à un VSWR de 1,1.

L'objectif de la conception de PCB est plus petit, plus rapide et moins coûteux. Pour rfpcb, les signaux à grande vitesse limitent parfois la miniaturisation de la conception de PCB. Actuellement, les principaux moyens de résoudre les problèmes de diaphonie sont la gestion du plan de masse, l'espacement des câblages et la réduction de l'inductance des conducteurs. Le principal moyen de réduire les pertes de retour est l'adaptation d'impédance. Le procédé comprend une gestion efficace du matériau isolant et une isolation des lignes de signal actives et des lignes de masse, notamment entre les lignes de signal à sauts d'état et la masse.

Étant donné que les points d'interconnexion sont des maillons faibles dans la chaîne de circuits, les propriétés électromagnétiques des points d'interconnexion sont un problème majeur pour la conception technique dans la conception RF. Il est nécessaire d'enquêter sur chaque point d'interconnexion et de résoudre les problèmes existants. L'interconnexion d'un système de carte comprend la puce à la carte, l'interconnexion dans le PCB et les entrées / sorties de signal entre le PCB et les périphériques externes.

A. interconnexion entre la puce et le PCB

Le Pentium IV et les puces à grande vitesse contenant un grand nombre de points d'interconnexion d'entrée / sortie sont sortis. En ce qui concerne la puce elle - même, ses performances sont fiables et le taux de traitement atteint 1 GHz. Lors du symposium sur l'interconnexion de près de gigahertz, il est passionnant de constater que les moyens de gérer le nombre croissant d'E / s et la fréquence sont déjà bien connus. Le principal problème de l'interconnexion des puces avec les PCB est qu'une densité d'interconnexion trop élevée peut faire de la structure de base du matériau PCB un facteur limitant la croissance de la densité d'interconnexion. Une solution innovante a été présentée lors de la réunion, qui utilise un émetteur sans fil local à l'intérieur de la puce pour transmettre des données à une carte adjacente. Que ce schéma soit efficace ou non, les participants ont été très clairs: en termes d'applications haute fréquence, la technologie de conception IC est loin de la technologie de conception PCB.

B. interconnexion dans les PCB

Les astuces et les méthodes de conception de PCB haute fréquence sont les suivantes:

1. L'angle de 45° devrait être employé à l'angle de la ligne de transmission pour réduire la perte de retour

2. Une carte de circuit électrique isolée de haute performance avec des valeurs constantes d'isolation strictement contrôlées par classe doit être adoptée. Cette approche favorise une gestion efficace du champ électromagnétique entre le matériau isolant et le câblage adjacent.

3. Améliorer les spécifications de conception de PCB pour la gravure de haute précision. Pensez à spécifier une erreur de largeur de bus de + / - 00007 pouces, à gérer la contre - dépouille et la section transversale de la forme du câblage et à spécifier les conditions de placage des parois latérales du câblage. La géométrie du câblage (fil) et la gestion globale de la surface de revêtement sont importantes pour résoudre le problème des effets cutanés liés aux fréquences micro - ondes et pour atteindre ces spécifications.

4. Les conducteurs saillants ont une inductance de prise, les éléments avec des conducteurs doivent être évités. Utilisation de composants montés en surface dans des environnements à haute fréquence.

5. Pour la porosité du signal, évitez d'utiliser le processus de traitement des pores (PTH) sur les plaques sensibles, car ce processus peut entraîner une inductance de fil au niveau des pores. Par example, une inductance de connexion peut affecter les couches 4 à 19 lorsqu'un trou traversant sur une plaque de 20 couches est utilisé pour connecter les couches 1 à 3.

6. Fournir un niveau de sol suffisant. Ces couches de mise à la terre doivent être connectées à l'aide de trous moulés pour éviter les effets des champs électromagnétiques 3D sur la carte.

7. Le processus de nickelage ou de trempage d'or non électrolytique doit être choisi et le placage ne doit pas être effectué en utilisant la méthode hasl. Cette surface galvanisée permet d'obtenir un meilleur effet Dermo - cosmétique pour les courants à haute fréquence (Figure 2). De plus, ce revêtement hautement soudable nécessite moins de plomb, ce qui contribue à réduire la pollution environnementale.

8. La couche de soudure d'arrêt peut empêcher l'écoulement de la pâte de soudure. Cependant, en raison de l'incertitude de l'épaisseur et de l'incertitude des propriétés d'isolation, toute la surface de la plaque est recouverte d'un matériau de soudure, ce qui entraînera de grandes variations de l'énergie électromagnétique dans la conception des microrubans. La couche de soudure d'arrêt est généralement utilisée comme couche de soudure d'arrêt.

Si vous n'êtes pas familier avec ces méthodes, consultez un ingénieur de conception expérimenté qui a travaillé sur la conception de cartes de circuits électroniques à micro - ondes militaires. Vous pouvez également discuter avec eux de la gamme de prix que vous pouvez vous permettre. Par exemple, l'utilisation d'une conception de microruban coplanaire dorsal en cuivre est plus économique qu'une conception de ruban. Vous pouvez en discuter avec eux pour obtenir de meilleurs conseils. Nos ingénieurs ne sont peut - être pas habitués à penser aux coûts, mais leurs conseils sont également utiles. Maintenant, nous devrions faire de notre mieux pour former de jeunes ingénieurs qui ne sont pas familiers avec les effets RF, qui manquent d'expérience dans le traitement des effets RF, ce sera un travail à long terme.

En outre, d'autres solutions peuvent être adoptées, telles que l'amélioration du type de calculateur pour avoir des capacités de traitement par effet radiofréquence.

C. interconnexion PCB avec des équipements externes

On peut maintenant considérer que nous avons résolu tous les problèmes de gestion des signaux sur la carte et sur les interconnexions des différents composants discrets. Alors, comment résoudre le problème d'entrée / sortie de signal de la carte au fil qui connecte le périphérique distant? Trompeter Electronics, un innovateur dans la technologie de câble coaxial, travaille à résoudre ce problème et a fait des progrès importants (Figure 3). En outre, regardez le champ électromagnétique montré dans la figure 4 ci - dessous. Dans ce cas, nous gérons le passage du microruban au câble coaxial. Dans un câble coaxial, les couches de sol sont entrelacées de manière annulaire et régulièrement espacées. Dans la microbande, le plan de masse est situé sous la ligne active. Cela introduit certains effets de bord qui doivent être compris, prédits et pris en compte dans la conception. Bien sûr, ce décalage entraîne également des pertes inversées. Cette désadaptation doit être réduite pour éviter le bruit et les perturbations du signal.

La gestion des problèmes d'impédance de la carte est un problème de conception qui ne doit pas être négligé. L'impédance commence à la surface de la carte, puis atteint le connecteur via les points de soudure et enfin le câble coaxial. Comme l'impédance varie avec la fréquence, plus la fréquence est élevée, plus il est difficile de gérer l'impédance. Le problème de l'utilisation de fréquences plus élevées pour transmettre des signaux sur une large bande semble être un problème majeur dans la conception de PCB.