Dati PCB - Metodi per ridurre gli effetti RF nella progettazione di interconnessione della scheda PCB

L'interconnessione di Scheda PCB Il sistema include un chip al circuito stampato, interconnessione all'interno Scheda PCB, e tre tipi di interconnessione tra Scheda PCB e dispositivi esterni. Nella progettazione RF, le caratteristiche elettromagnetiche del 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, isolamento dei cavi, misure per ridurre l'induttanza del piombo, e molti altri. Attualmente ci sono segni che la frequenza dei disegni dei circuiti stampati sta diventando sempre più alta. Mentre i tassi di dati continuano ad aumentare, la larghezza di banda richiesta per il trasferimento dei dati spinge anche il limite superiore delle frequenze del segnale a 1 GHz e oltre. Questa tecnologia di segnalazione ad alta frequenza, while well beyond mmWave technology (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. L'elevata perdita di ritorno ha due effetti negativi: 1. i riflessi del segnale alla sorgente aggiungono rumore al 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 è cambiata. 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. Restituisce alle frequenze del sistema digitale raccomandate (solitamente punti dati più poveri)

La perdita totale è di -25dB, che corrisponde ad un VSWR di 1,1.

L'obiettivo di Scheda PCB il design deve essere più piccolo, più veloce, e meno costoso. Per RF Scheda PCBs, I segnali ad alta velocità a volte limitano la miniaturizzazione di Scheda PCB disegni. Attualmente, I principali metodi per risolvere il problema del crosstalk sono la gestione del piano di terra, spaziatura tra cablaggio, e riduzione della capacità del perno. 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, specialmente tra linee di segnale e terra dove avvengono transizioni di stato. Poiché il punto di interconnessione è l'anello più 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 risolvere i problemi esistenti. L'interconnessione del sistema del circuito stampato comprende tre tipi di interconnessione: chip al circuito stampato, interconnessione all'interno del Scheda PCB, e segnale di ingresso/output tra Scheda PCB e dispositivi esterni.

Interconnessione chip-PCB

I chip Pentium IV e ad alta velocità con un gran numero di punti di interconnessione I/O 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 (www.az.ww.com) è che i metodi per affrontare il crescente numero e frequenza di I/O sono ben noti. Il problema principale con l'interconnessione chip-PCB è che la densità di interconnessione è così alta che la struttura di base del materiale PCB diventa il fattore limitante per la crescita della densità di interconnessione. Una soluzione innovativa è stata presentata durante l'incontro, utilizzando un trasmettitore wireless locale all'interno del chip per trasmettere i dati ad un circuito adiacente. Che questa soluzione funzioni o meno, era chiaro ai partecipanti che le tecniche di progettazione IC hanno superato di gran lunga le tecniche di progettazione di schede PCB quando si tratta di applicazioni ad alta frequenza. Le competenze e i metodi per la progettazione di schede PCB ad alta frequenza sono i seguenti:

1) L'angolo della linea di trasmissione dovrebbe essere 45Â ° per ridurre la perdita di ritorno;

2) Un circuito isolante ad alte prestazioni il cui valore costante di isolamento è rigorosamente controllato secondo il livello dovrebbe essere utilizzato. Questo approccio facilita l'efficiente gestione dei campi elettromagnetici tra materiali isolanti e cablaggio adiacente.

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 il sottostrato e la sezione trasversale della forma del cablaggio e specificare le condizioni di placcatura del muro laterale del cablaggio. La gestione complessiva della geometria del cablaggio (conduttore) e della superficie del rivestimento è importante per affrontare i problemi di effetto cutaneo associati alle frequenze delle microonde e per raggiungere queste specifiche.

4) C'è un'induttanza del rubinetto nei cavi sporgenti e l'uso di componenti con cavi dovrebbe essere evitato. Per ambienti ad alta frequenza, utilizzare componenti per montaggio superficiale.

5) Per via di segnale, evitare di utilizzare il processo di elaborazione via (pth) sulla scheda sensibile 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.

6) Per fornire un piano di terra ricco. Questi piani di terra sono collegati insieme a fori stampati per prevenire gli effetti dei campi elettromagnetici 3D sulla scheda.

7) Per scegliere la nichelatura elettrolitica o il processo di placcatura in oro ad immersione, non utilizzare il metodo HASL per la galvanizzazione. Questa superficie placcata fornisce un migliore effetto della pelle per le correnti ad alta frequenza. Inoltre, questo rivestimento altamente saldabile richiede meno piombo, contribuendo a ridurre l'inquinamento ambientale.

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. Una diga di saldatura è generalmente utilizzata come maschera di saldatura.

Se non ha 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. Per esempio, un design coplanare microtrip con supporto in rame è più economico di un design a stripline, e si può discutere con loro per una migliore costruzione. Gli ingegneri potrebbero non essere abituati a pensare ai costi, ma il loro consiglio può essere molto utile. Cercare ora di formare giovani ingegneri che non hanno familiarità con gli effetti RF e inesperti nel trattare con gli effetti RF sarà uno sforzo a lungo termine. Inoltre, sono disponibili altre soluzioni, come il retrofit del computer con la capacità di gestire gli effetti RF. Si può ora considerare che abbiamo risolto tutti i problemi di gestione del segnale sulla scheda e sull'interconnessione dei vari componenti discreti. Quindi come si risolve l'ingresso del segnale/problema di uscita dal circuito stampato ai cavi che si collegano al dispositivo remoto? Trompeter Electronics, un innovatore nella tecnologia dei cavi coassiali, sta lavorando per risolvere questo problema e ha fatto alcuni passi importanti. Anche, guardare i campi elettromagnetici dati. 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 al di sotto della linea attiva Scheda PCB.