Technologie PCB - Méthodes de base pour minimiser l'impact RF lors de la conception d'interconnexions PCB

L'interconnexion d'un système de carte comprend trois types d'interconnexions entre la puce et la carte, des interconnexions à l'intérieur de la carte PCB et des interconnexions entre la carte PCB et des 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 différentes techniques pour les trois conceptions d'interconnexion décrites ci - dessus. Le contenu comprend des méthodes d'installation du dispositif, l'isolation du câblage et des mesures pour réduire l'inductance des conducteurs. Attends une seconde.

Actuellement, il y a des signes de la fréquence croissante de la conception de circuits imprimés. 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.

Les pertes de rendement élevées ont deux effets négatifs: 1. 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; 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 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 rfpcb, les signaux à haute vitesse limitent parfois la miniaturisation de la conception de PCB. Actuellement, les principaux moyens de résoudre les problèmes de diaphonie sont de gérer le plan de masse, l'espace entre les câblages et de réduire l'inductance des conducteurs.

(studcapacitance). La principale façon 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 et les lignes de masse à états transitoires.

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: puce à carte, interconnexion à l'intérieur de la carte PCB et entrée / sortie de signal entre la carte PCB et un dispositif externe.

I. interconnexion de la puce avec 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. Ce qui a été le plus excitant lors du récent symposium sur l'interconnexion GHz (www.az.ww.com), c'est que les moyens de gérer l'augmentation du nombre et de la fréquence des E / s sont bien connus. 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 innovante a été proposée 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 programme soit efficace ou non, les participants ont été très clairs: 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:

1. L'angle de la ligne de transmission doit être de 45° pour réduire les pertes de retour (Figure 1);

2. Utilisez la carte de circuit imprimé d'isolation de haute performance, sa valeur constante d'isolation est strictement contrôlée par la classe. 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 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 contre - dépouille 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.

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

5. 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, lorsque des Vias sur une plaque de 20 couches sont utilisés pour connecter les couches 1 à 3, l'inductance de connexion peut affecter les couches 4 à 19.

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

7.lorsque vous choisissez le processus de nickelage chimique ou de trempage d'or, n'utilisez pas la méthode hasl pour le placage. 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. Le flux de blocage peut empêcher le flux de 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.

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, la conception de microruban coplanaire dorsal en cuivre est plus économique que la conception de ruban. Vous pouvez en discuter avec eux pour obtenir de meilleurs conseils. Les bons ingénieurs ne sont peut - être pas habitués à penser aux coûts, mais leurs conseils sont également utiles. Essayez maintenant de former de jeunes ingénieurs qui ne sont pas familiers avec les effets RF et qui manquent d'expérience dans leur traitement. Ce sera un travail à long terme.

En outre, d'autres solutions peuvent être adoptées, telles que l'amélioration du type d'ordinateur pour lui permettre de traiter les effets radiofréquences.

Iii. Interconnexion de PCB avec des périphériques externes

On peut maintenant considérer que nous avons résolu tous les problèmes de gestion des signaux sur la carte ainsi que les problèmes d'interconnexion des composants individuels discrets. Alors, comment résoudre le problème d'entrée / sortie de signal de la carte au fil connecté à l'appareil distant? Trompeter Electronics, un innovateur dans la technologie de câble coaxial, travaille à résoudre ce problème et a fait des progrès importants (Figure 3). Regardez également le champ électromagnétique donné 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 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 au sein de la carte n'est pas un problème de conception négligeable. 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.