Tecnologia RF - In che modo la banda ad alta frequenza del 5G influisce sull'integrità del segnale?

La frequenza operativa del 5G sarà molto più alta di quella del 4G, costringendo i progettisti PCB a riconsiderare i loro metodi di progettazione e produzione della scheda PCB. Con l'avvento del 5G, gli ingegneri elettrici devono riconsiderare (e talvolta ridisegnare) i loro PCB e altre infrastrutture per supportare le alte frequenze del nuovo spettro. L'integrità del segnale diventerà il problema primario nella progettazione di schede PCB 5G.

La posizione del 5G sullo spettro elettromagneticoIn questo articolo, guardiamo all'impatto delle frequenze più elevate sull'integrità del segnale PCB e modi per alleviare questi problemi.

Perché la frequenza 5G è cattiva per l'integrità del segnale? Nella progettazione del circuito stampato, un aumento della frequenza avrà molti effetti indesiderati sull'integrità del segnale - in particolare gli effetti di aumento del rumore e dell'attenuazione.

NoiseRiguardo al rumore, la prima cosa da considerare è che man mano che la frequenza del sistema aumenta, la riflessione del segnale diventa sempre più importante. Secondo la teoria della linea di trasmissione, la riflessione è direttamente correlata al rapporto tra lunghezza della linea di trasmissione e lunghezza d'onda del segnale.

Riflessione del segnale Sappiamo anche che la lunghezza d'onda del segnale diminuisce man mano che la frequenza aumenta (Î" = v / f). Pertanto, poiché il 5G introduce frequenze più elevate, i progettisti devono anche considerare gli effetti dei riflessi del segnale, come il suono o altre distorsioni, che causeranno più rumore nel sistema e ridurranno efficacemente SNR.

Accoppiamento capacitivo e induttivo Inoltre, poiché capacità e induttanza sono correlate al tasso di cambiamento di tensione e corrente, rispettivamente, gli effetti dell'accoppiamento capacitivo e dell'accoppiamento induttivo diventano più rilevanti. Questo genera anche rumore e distorsione, che riducono il SNR.

Attenuazione ed effetto cutaneoPer quanto riguarda l'attenuazione, una considerazione importante è il cosiddetto effetto cutaneo. Essa mostra essenzialmente che man mano che la frequenza del segnale aumenta, la profondità di penetrazione del segnale nel conduttore diminuisce.

Effetto cutaneoIl significato importante dell'effetto cutaneo è che man mano che le frequenze più alte passano attraverso una zona più piccola, incontreranno una maggiore resistenza e causeranno una maggiore perdita di IR. Questa perdita riduce anche la SNR.

Modi per migliorare SNR nella progettazione 5G Nella progettazione ad alta velocità, ci sono molti fattori che influenzano l'integrità del segnale. Quindi, cosa possono fare i progettisti di schede PCB 5G?

Impedenza del circuito di controllo Un passo importante per ridurre la riflessione e l'attenuazione del segnale è quello di controllare l'impedenza del circuito stampato. Avere un cablaggio correttamente terminato e una rete di corrispondenza dell'impedenza ben progettata è essenziale per prevenire riflessi del segnale e fornire la massima potenza al modulo del circuito. Concentrarsi sull'impedenza nella produzione: mSAPTil problema del controllo dell'impedenza può essere risolto anche durante la produzione di circuiti stampati. Il processo di produzione tradizionale di PCB ha lo svantaggio di creare tracce con sezioni trapezoidali. Queste sezioni trasversali cambieranno l'impedenza della traccia stessa, che limita gravemente le applicazioni 5G. Una soluzione è quella di utilizzare la tecnologia mSAP (semi-additive manufacturing process), che consente ai produttori di creare tracce con maggiore precisione. La geometria del circuito di controllo può anche aiutare ad alleviare l'effetto della pelle e la perdita di potenza del segnale causata da esso. Immagine per gentile concessione di Proto-ElectronicsPosizionare componenti e tracce Quando mitigare effetti come l'accoppiamento, la cosa più importante è collegare saggiamente componenti e tracce tra loro e a terra. Ad esempio, un PCB multistrato con piano interrato e piano di potenza può essere una soluzione utile. Posizionare linee sensibili vicino al piano di terra costringe l'accoppiamento capacitivo con terra (rispetto ad altre linee) e fornisce un percorso di ritorno a bassa induttanza per i segnali ad alta velocità. Altre considerazioni per la progettazione 5G Sebbene questo articolo non affronti un elenco esaustivo di tutti i problemi o soluzioni, abbiamo esaminato alcuni dei problemi avanzati dell'integrità del segnale nelle frequenze 5G e possibili soluzioni di progettazione per risolvere questi problemi. Ovviamente, il 5G porterà sfide di integrità del segnale agli ingegneri PCB, perché gli effetti dipendenti dalla frequenza del rumore e dell'attenuazione ridurranno SNR. Per un design 5G di successo, alcuni fattori non considerati in questo articolo (come la scelta dei materiali dielettrici e substrati) sono ugualmente importanti.