Dati PCB - Suggerimenti per ridurre gli effetti RF nella progettazione di interconnessione PCB

Questo articolo introdurrà varie tecniche per la progettazione dei tre tipi di interconnessioni tra il chip-to-board, l'interconnessione all'interno della scheda PCB e il PCB e i dispositivi esterni, compreso il montaggio del dispositivo, l'isolamento del cablaggio e le misure per ridurre l'induttanza del piombo, ecc., per aiutare i progettisti a ridurre gli effetti RF nella progettazione di interconnessione della scheda PCB. L'interconnessione del sistema del circuito stampato comprende: chip a circuito stampato, interconnessione all'interno della scheda PCB e tre tipi di interconnessione tra la scheda PCB e i dispositivi esterni. Nella progettazione RF, le caratteristiche elettromagnetiche al punto di interconnessione sono uno dei principali problemi affrontati dalla progettazione ingegneristica. Questo articolo introduce varie tecniche per i tre tipi di progettazione di interconnessione di cui sopra, compresi i metodi di montaggio del dispositivo, l'isolamento del cablaggio e le misure per ridurre l'induttanza del piombo ecc. Attualmente ci sono segni che la frequenza dei disegni dei circuiti stampati sta diventando sempre più alta. Poiché la velocità dei dati continua ad aumentare, la larghezza di banda richiesta per il trasferimento dei dati spinge anche il limite superiore delle frequenze del segnale a 1 GHz o superiore. Questa tecnologia di segnalazione ad alta frequenza, sebbene ben oltre la tecnologia mmWave (30GHz), coinvolge anche la tecnologia RF e a microonde di fascia bassa. I metodi di ingegneria RF devono essere in grado di gestire gli effetti di campo elettromagnetico più forti che si verificano tipicamente alle frequenze più elevate. Questi campi elettromagnetici possono indurre segnali sulle linee di segnale adiacenti o sulle tracce della scheda PCB, causare conversazioni incrociate indesiderate (interferenze e rumore totale) e compromettere le prestazioni del sistema. La perdita di ritorno è principalmente causata da disallineamenti di impedenza e può avere lo stesso effetto sul segnale del rumore additivo e dell'interferenza.

Le perdite di ritorno elevate hanno due effetti negativi: 1) La riflessione del segnale indietro alla sorgente del segnale aumenterà il rumore del sistema, rendendo più difficile per il ricevitore distinguere il rumore dal segnale; 2) Qualsiasi segnale riflesso fondamentalmente degrada la qualità del segnale perché la forma del segnale in ingresso cambia. Sebbene i sistemi digitali siano molto tolleranti ai guasti perché trattano solo 1s e 0s, le armoniche generate quando un impulso ad alta velocità aumenta possono causare un segnale più debole alle frequenze più alte. Sebbene le tecniche di correzione degli errori in avanti possano eliminare alcuni effetti negativi, una parte della larghezza di banda del sistema viene utilizzata per trasmettere dati ridondanti, con conseguente riduzione delle prestazioni del sistema. Una soluzione migliore è lasciare che gli effetti RF aiutino piuttosto che sminuire l'integrità del segnale. La perdita totale raccomandata di ritorno alle frequenze del sistema digitale (solitamente punti dati poveri) è di -25dB, che equivale a un VSWR di 1,1. L'obiettivo del design della scheda PCB è quello di essere più piccolo, più veloce e meno costoso. Per le schede RFPCB, i segnali ad alta velocità a volte limitano la miniaturizzazione dei progetti di schede PCB. Attualmente, la soluzione principale al problema del crosstalk è la gestione del piano di terra, la spaziatura tra le tracce e la riduzione dell'induttanza del piombo. Il modo principale per ridurre la perdita di ritorno è attraverso la corrispondenza dell'impedenza. Questo metodo include una gestione efficace dei materiali isolanti e l'isolamento delle linee di segnale attive e delle linee di terra, in particolare tra linee di segnale e terra in cui si verificano transizioni di stato. Poiché il punto di interconnessione è l'anello debole della catena del circuito, nella progettazione RF, le proprietà elettromagnetiche al punto di interconnessione sono i principali problemi affrontati dalla progettazione ingegneristica e ogni punto di interconnessione dovrebbe essere esaminato e i problemi esistenti dovrebbero essere risolti. L'interconnessione del sistema del circuito stampato comprende tre tipi di interconnessioni, come chip-to-circuit board, interconnessione all'interno del PCB e ingresso / uscita del segnale tra il PCB e i dispositivi esterni.1. L'interconnessione tra il chip e la scheda PCB Pentium IV e chip ad alta velocità con un gran numero di punti di interconnessione input/output sono già disponibili. Per quanto riguarda il chip stesso, le sue prestazioni sono affidabili e la velocità di elaborazione è stata in grado di raggiungere 1GHz. L'eccitazione al Simposio di Interconnect Near-GHz: Il modo di affrontare il numero e la frequenza sempre crescenti di I/O è ben noto. Il problema principale con l'interconnessione chip-PCB è che la densità di interconnessione è troppo alta per far sì che la struttura di base del materiale PCB sia il fattore limitante per la crescita della densità di interconnessione.2. Interconnessione nel PCBTle competenze e i metodi per la progettazione di schede PCB ad alta frequenza sono i seguenti:2.1 L'angolo della linea di trasmissione dovrebbe essere di 45Â ° per ridurre la perdita di ritorno; 2.2 Il circuito isolante ad alte prestazioni il cui valore costante di isolamento è rigorosamente controllato secondo il livello deve essere adottato. Questo approccio facilita la gestione efficiente dei campi elettromagnetici tra materiali isolanti e cavi adiacenti.2.3 È necessario migliorare le specifiche di progettazione della scheda PCB per l'incisione ad alta precisione. Considera di specificare un errore totale di +/- 0,0007 pollici di larghezza della linea, gestire sottosquadri e sezioni trasversali della forma del cablaggio e specificare le condizioni di placcatura del muro laterale del cablaggio. La gestione complessiva della geometria dei cavi (conduttori) e delle superfici di rivestimento è importante per affrontare i problemi di effetto cutaneo associati alle frequenze delle microonde e per raggiungere queste specifiche.2.4 I cavi sporgenti presentano un'induttanza del rubinetto, quindi evitare di utilizzare componenti con piombo. Per gli ambienti ad alta frequenza, utilizzare componenti di montaggio superficiale.2.5 Per i vias di segnale, evitare di utilizzare il processo di elaborazione via (pth) su schede sensibili perché questo processo causerà induttanza di piombo alla via. Ad esempio, quando una via su una scheda a 20 strati viene utilizzata per collegare gli strati da 1 a 3, l'induttanza del piombo può influenzare gli strati da 4 a 19.2.6 Per fornire un piano di terra ricco. I vias stampati sono utilizzati per collegare questi piani di terra per prevenire gli effetti dei campi elettromagnetici 3D sulla scheda.2.7 Per scegliere il processo di nichelatura elettrolitica o di placcatura in oro ad immersione, non utilizzare il metodo HASL per la placcatura elettrolitica. Questa superficie placcata fornisce un migliore effetto della pelle per le correnti ad alta frequenza. Inoltre, questo rivestimento altamente saldabile richiede meno cavi, contribuendo a ridurre l'inquinamento ambientale.2.8 La maschera di saldatura impedisce il flusso della pasta di saldatura. Tuttavia, coprire l'intera superficie del pannello con materiale della maschera di saldatura comporterà grandi variazioni nell'energia elettromagnetica nella progettazione del microstrip a causa dell'incertezza dello spessore e delle proprietà isolanti sconosciute. Le dighe di saldatura sono generalmente utilizzate come strati della maschera di saldatura. Se non avete familiarità con questi metodi, consultare un ingegnere di progettazione esperto che ha lavorato su circuiti a microonde militari. Puoi anche discutere con loro la fascia di prezzo che puoi permetterti. Ad esempio, un design a microstrappo complanare con rame sul retro è più economico di un design a stripline e puoi discuterne con loro per un consiglio migliore. Gli ingegneri non sono abituati a pensare ai costi, ma i loro consigli possono essere abbastanza utili. Cercare ora di formare giovani ingegneri che non hanno familiarità con gli effetti RF e inesperti nel trattare con gli effetti RF sarà un impegno a lungo termine. Inoltre, sono disponibili altre soluzioni, come il retrofit del computer con la capacità di gestire gli effetti RF.3. Interconnessione tra scheda PCB e dispositivi esterniOra si può considerare che abbiamo risolto tutti i problemi di gestione del segnale sulla scheda e sull'interconnessione dei vari componenti discreti. Quindi come si risolve il problema di ingresso / uscita del segnale dal circuito stampato ai cavi che si collegano al dispositivo remoto? In questo caso, gestiamo la transizione tra microtrip e coassiale. In un cavo coassiale, i piani di terra sono intrecciati in un anello e distanziati uniformemente. In microtrip, il piano di terra è bel