Notizie PCB - Analisi dell'integrità del segnale nella progettazione di PCB

Flessibile e rigido - Superspeed su scheda PCB flessibile è inevitabile in quanto queste schede sono sempre più utilizzate nell'elettronica. Questi sistemi richiedono anche strati di terra per l'isolamento e per separare i riferimenti RF e digitali per i protocolli wireless. Le alte velocità e frequenze creano il potenziale per problemi di integrità del segnale, molti dei quali sono legati alla posizione e alla geometria degli strati di messa a terra in un PCB.

Un metodo comune per fornire un riferimento costante a 0V su piastre flessibili e rigide-flessibili è quello di utilizzare una linea ombreggiata o un piano di terra simile a griglia su un nastro flessibile. Questo fornisce conduttori di grandi dimensioni che possono ancora fornire schermatura su un'ampia gamma di frequenze, pur consentendo alle bande flessibili di piegarsi e piegarsi senza creare eccessiva rigidità. Tuttavia, i problemi di integrità del segnale sorgono in due aree:

Assicura impedenza di cablaggio costante, schermatura e isolamento e previene effetti simili alla treccia in fibra nelle strutture del portello.

Progettazione della planimetria della griglia

In un senso di base, un profilo funziona come qualsiasi altro piano di terra. È destinato a fornire un riferimento coerente in modo che le tracce possano essere progettate per avere l'impedenza desiderata. Qualsiasi geometria comune della linea di trasmissione (linea microstrip, linea del nastro o guida d'onda) può essere posizionata in un PCB rigido o flessibile con un piano di terra reticolato. Le aree in rame dove le linee d'ombra sono poste sullo strato superficiale della banda flessibile forniscono quasi lo stesso effetto del rame solido a bassa frequenza.

Di seguito è mostrata una configurazione comune per il cablaggio a nastro e microstrip su una striscia flessibile con un piano di terra di rete.

Un modello piano a terra a griglia su un nastro elastico.

Questa struttura a rete può essere utilizzata su tavole rigide, ma non l'ho mai vista, né i clienti l'hanno richiesta. Invece, i modelli a rete sono utilizzati in piastre flessibili / rigide-flessibili per bilanciare la necessità di controllo dell'impedenza con la necessità di una banda flessibile ragionevole. Sia che stiate progettando tracce o modelli di riempimento, seguite la pratica dei nastri flessibili statici e dinamici e degli standard IPC 2223.

Controllo dell'impedenza

Un'opzione per utilizzare una singola estremità o coppia differenziale è quella di posizionare il rame solido in uno strato piatto direttamente sotto il cablaggio e posizionare la maglia altrove nel circuito. Se il routing diventa molto denso, sarà necessario utilizzare la griglia ovunque. Se si sceglie una griglia, c'è maggiore flessibilità, ma l'isolamento della schermatura è inferiore e le condizioni di controllo dell'impedenza cambiano.

Come mostrato sopra, la struttura del piano di griglia ha due parametri geometrici: L e W. Questi due parametri possono essere combinati come fattore di riempimento o come parte dell'area della griglia coperta da rame. La modifica di questi parametri ha i seguenti effetti:

Aprendo la regione della griglia (aumentando l'apertura della griglia aumentando L) aumenta l'impedenza, assumendo che altri parametri rimangano costanti. Questo rende anche il nastro più facile da piegare (con meno forza).

Aumentare W mantenendo costanti altri parametri chiuderà l'area della griglia e quindi aumenterà l'impedenza

e. Questo rende anche il motivo del nastro più difficile da piegare (con più forza).

Altri parametri che controllano l'impedenza della geometria standard hanno lo stesso effetto quando viene utilizzato un piano di messa a terra della griglia. Dopo aver inserito l'alta frequenza, si eccitano modelli non-TEM intorno alla linea di trasmissione e può anche vedere un effetto simile alla tessitura della fibra.

La striscia di carbonio Flex ha treccia in fibra?

Questo è dove il piano di messa a terra della griglia su un PCB è molto interessante, perché il modello della griglia può iniziare a assomigliare al modello tessuto di vetro utilizzato in FR4 e altri laminati. Di conseguenza, siamo tornati a una situazione in cui dobbiamo preoccuparci della tessitura delle fibre in un substrato normalmente liscio e relativamente uniforme. Questi effetti si verificano quando la larghezza di banda del segnale viaggiante si sovrappone a una o più risonanze nella mesh. Per L = 60 mil sulla poliimide, la risonanza di ordine sarà 50 GHz.

Queste strutture di linea ombreggiate possono generare forti radiazioni mentre il segnale digitale si propaga lungo la pista del piano di messa a terra della griglia, sia su PCB rigido o substrato PCB flessibile. Con sempre più applicazioni Flex che si aprono ad una frequenza più elevata, per qualche motivo mi aspettavo che questi effetti peggiorassero nei nastri Flex con piani a terra a griglia.

Risonante Q elevato

Come nei substrati tradizionali intrecciati in vetro, la maglia forma una struttura della cavità che può sostenere la risonanza quando eccitata ad una frequenza specifica. Queste cavità risonanti nel piano di terra della griglia avranno valori Q molto alti perché le pareti delle cavità sono altamente conduttive (rame). Pertanto, avrà minore perdita e maggiore risonanza Q. Ciò comporta una maggiore emissione di cavità e perdite di potenza risonante.

La griglia aperta ha un basso isolamento

Il piano di terra reticolato di solito assicura che qualsiasi EMI irradiato proveniente dalla cavità intrecciata in fibra sia emesso lungo il bordo della piastra. Poiché la griglia ha cavità aperte, è meno isolata e può anche irradiarsi lungo la superficie della banda flessibile del carbonio. Ciò ha l'effetto opposto: mentre il cablaggio è più probabile che emetta radiazioni, è anche più suscettibile all'EMI esterno.

Per risolvere questi problemi, utilizzare una maglia più stretta, proprio come viene utilizzata una treccia di vetro più stretta per prevenire gli effetti di treccia delle fibre. Flessibile e rigido - I PCB flessibili continueranno a far parte del panorama PCB e diventeranno più avanzati con nuove capacità di produzione.