Technologie PCB - Technologie pour réduire les effets RF dans les interconnexions de PCB

L'interconnexion d'un système de carte de circuit comprend:

Chip à Board

Interconnexion PCB

PCB et composants 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 techniques pour les trois conceptions d'interconnexion mentionnées ci - dessus, y compris les méthodes d'installation de dispositifs, l'isolation du câblage, les mesures visant à réduire l'inductance des conducteurs, etc. il existe actuellement des indications que la fréquence des conceptions de cartes de circuits imprimés est de plus en plus élevée. À mesure que le débit de données augmente, la bande passante requise pour la transmission de données augmente également la limite supérieure de la fréquence du signal à 1 GHz et même au - delà. 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 champ électromagnétique plus forts 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 désagréable (interférences et bruit total) et peut nuire aux performances du système. Les pertes de retour sont principalement causées par la désadaptation d'impédance et ont les mêmes effets sur le signal que ceux causés par le bruit additif et les interférences.

La perte de rendement élevé a deux effets négatifs:

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

Tout signal réfléchi dégradera essentiellement la qualité du signal car la forme du signal d'entrée a changé.

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 laisser l'effet RF aider plutôt que d'affaiblir l'intégrité du signal. Il est recommandé que les systèmes numériques aient une perte de retour totale de - 25 dB à la fréquence la plus élevée (généralement un point de données médiocre), 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 les PCB RF, les signaux à grande vitesse limitent parfois la miniaturisation de la conception du PCB.

La principale façon de résoudre les problèmes de diaphonie est de gérer le plan de masse, l'espace entre les câblages et de réduire 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 ainsi qu'une isolation des lignes de signal actives et des lignes de masse, notamment entre les lignes de signal à état de transition et la masse.

Étant donné que les points d'interconnexion sont le maillon le plus faible de la chaîne de circuits, les propriétés électromagnétiques des points d'interconnexion sont un problème majeur pour la conception technique dans la conception RF. Chaque point d'interconnexion doit être étudié et les problèmes existants résolus. L'interconnexion d'un système de carte comprend trois types d'interconnexions: l'interconnexion de puce à carte, l'interconnexion à l'intérieur de la carte PCB et l'entrée / sortie de signal entre la carte PCB et un dispositif externe.

I. interconnexion entre la puce et la carte PCB

Le Pentium IV et les puces haute vitesse contenant un grand nombre de points d'interconnexion d'entrée / sortie sont déjà sur le marché. En ce qui concerne la puce elle - même, ses performances sont fiables et le taux de traitement est déjà capable d'atteindre 1 GHz. Le principal problème d'interconnexion entre la puce et le PCB est la densité d'interconnexion trop élevée, ce qui fera de la structure de base du matériau PCB un facteur limitant la croissance de la densité d'interconnexion. Une solution courante consiste à utiliser un émetteur sans fil local à l'intérieur de la puce pour transmettre des données à une carte adjacente. Que ce programme soit efficace ou non, il est clair pour les participants: en ce qui concerne les applications à haute fréquence, la technologie de conception IC est bien en avance sur la technologie de conception de PCB.

II. Interconnexion de carte PCB

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

L'angle d'inclinaison de la ligne de transmission doit être de 45° pour réduire les pertes de retour;

Une carte de circuit imprimé isolante 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.

Les fils saillants ont une inductance de prise, évitez donc les composants avec des fils. Dans un environnement à haute fréquence, il est préférable d'utiliser des composants montés en surface.

Pour les porosités de signal, évitez d'utiliser le processus de traitement des porosités (PTH) sur les plaques sensibles, car ce processus peut entraîner une inductance de fil au niveau des porosités. 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.

Fournit un niveau de sol riche. Connectez ces plans de masse à l'aide de trous moulés pour empêcher les champs électromagnétiques 3D d'affecter la carte.

Pour choisir un processus de nickelage chimique ou de trempage d'or, n'utilisez pas la méthode hasl pour le placage. Cette surface plaquée peut fournir un meilleur effet de maquillage pour les courants à haute fréquence. De plus, ce revêtement hautement soudable nécessite moins de fils, ce qui contribue à réduire la pollution environnementale.

Le flux de blocage peut empêcher l'écoulement de la pâte à souder. Cependant, en raison de l'incertitude de l'épaisseur et de l'ignorance des propriétés d'isolation, toute la surface de la carte est recouverte d'un matériau de soudure, ce qui entraînera une grande variation de l'énergie électromagnétique dans la conception des microrubans. Typiquement, un barrage de soudure est utilisé comme masque de soudure.

Amélioration des spécifications de conception de PCB liées à la gravure de haute précision. Il faut tenir compte du fait que l'erreur totale sur la largeur de ligne spécifiée est de + / - 0007 pouce, que la Sous - coupe et la section transversale de la forme du câblage doivent être gérées et que les conditions de placage des parois latérales du câblage doivent être spécifiées. 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. 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. Par exemple, la conception de microruban coplanaire dorsal en cuivre est plus économique que la conception de ruban.

Iii. Interconnexion de PCB avec des périphériques externes

Comment puis - je résoudre les problèmes d'entrée / sortie de signal de la carte à un fil reliant un appareil distant? Trompeter Electronics, un innovateur dans la technologie de câble coaxial, travaille à résoudre ce problème et a fait des progrès importants. En outre, regardez le champ électromagnétique donné sur la figure. Dans ce cas, nous gérons la transition de la microbande au câble coaxial. Dans un câble coaxial, les couches de terre sont annulaires entrelacées 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 le processus de conception. Bien entendu, cette désadaptation entraîne également des pertes de retour et cette désadaptation doit être minimisée pour éviter le bruit et les perturbations du signal.

La gestion des problèmes d'impédance dans une carte PCB n'est pas un problème de conception qui peut 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 la gestion de l'impédance est difficile. L'utilisation de fréquences plus élevées pour transmettre des signaux sur une large bande semble être un problème majeur dans la conception.