Dati PCB - Analisi dei problemi di integrità del segnale nella progettazione della scheda PCB

Velocità ultra elevate su flex e rigid flex Scheda PCB sono inevitabili in quanto queste schede sono sempre più utilizzate nell'elettronica. Questi sistemi richiedono anche piani di terra per l'isolamento e per separare riferimenti RF e digitali per protocolli wireless. Le alte velocità e frequenze presentano il potenziale di problemi di integrità del segnale, molti dei quali sono legati alla posizione e alla geometria dei piani di terra in un Scheda PCB. Un modo comune per fornire un riferimento costante a 0 V su schede flex e rigide flex è quello di utilizzare un piano di terra tratteggiato o reticolare sul nastro flex. Questo fornisce un grande conduttore che può ancora fornire schermatura su un'ampia gamma di frequenze, pur permettendo al nastro flessibile di piegarsi e piegarsi senza creare troppa rigidità. Tuttavia, I problemi di integrità del segnale sorgono in due aree: garantire un'impedenza di traccia coerente, schermatura e isolamento, e prevenire effetti simili a fibre intrecciate nelle strutture di tratteggio.

Progettazione del piano di terra della griglia

In un senso di base, la schiusa funziona come qualsiasi altro piano di terra. È progettato per fornire un riferimento coerente in modo che le tracce possano essere progettate per avere l'impedenza desiderata. Qualsiasi geometria comune della linea di trasmissione (microstrip, stripline o guida d'onda) può essere posizionata in una scheda PCB rigida o flessibile con un piano di terra meshed. Posizionare un'area di rame tratteggiata sullo strato superficiale del nastro flessibile fornisce quasi lo stesso effetto del rame solido a basse frequenze. Configurazioni comuni per il routing a stripline e microstrip su nastro flessibile con piano di terra mesh. Questa maglia può essere utilizzata su tavole rigide, ma non l'ho mai visto e nessun cliente l'ha chiesto. Invece, un modello a maglia viene utilizzato in una scheda flex/rigid-flex per bilanciare la necessità di controllo dell'impedenza con la necessità di nastro ragionevolmente flessibile.

Controllo dell'impedenza

Un'opzione per utilizzare coppie monoestremità o differenziali è quella di posizionare rame solido nello strato piano appena sotto le tracce e posizionare la maglia altrove nel circuito. Se il routing diventa molto denso allora sarà necessario utilizzare mesh ovunque. Se scegli di utilizzare mesh, avrai più flessibilità, ma l'isolamento dello scudo sarà più basso e le condizioni di controllo dell'impedenza cambieranno. La struttura del piano mesh ha due parametri geometrici: L e W. Questi due parametri possono essere combinati come fattore di riempimento o come frazione dell'area mesh coperta da rame. La modifica di questi parametri ha il seguente effetto: supponendo che altri parametri rimangano gli stessi, l'apertura dell'area mesh (aumentando L per aumentare le aperture mesh) aumenta l'impedenza. Questo rende anche il nastro più facile da piegare (con meno forza). Aumentare W mantenendo costanti altri parametri chiude l'area mesh e quindi aumenta l'impedenza. 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 si utilizza un piano di terra meshed. Una volta arrivati alle alte frequenze, si eccitano modalità non EM intorno alla linea di trasmissione, e si potrebbe anche vedere un effetto fibra-tessitura.

C'è un effetto fibra weave nel nastro Flex?

Questo è dove i piani di terra della griglia sulle schede PCB sono molto interessanti, in quanto il modello della griglia può iniziare a assomigliare al modello di trama di vetro utilizzato in FR4 e altri laminati. Di conseguenza, siamo tornati a una situazione in cui dobbiamo preoccuparci dell'effetto 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. Sia su schede PCB rigide o su substrati flessibili di schede PCB, queste strutture di tratteggio possono generare forti radiazioni mentre i segnali digitali viaggiano lungo le tracce del piano di terra della griglia. Poiché più applicazioni Flex si aprono a frequenze più elevate, per qualche motivo, mi aspetto che questi effetti siano peggiori in un nastro Flex con un piano di terra griglia.

Alta risonanza Q

Proprio come in un substrato tessuto di vetro convenzionale, le maglie formano una struttura di cavità che può sostenere la risonanza quando eccitato ad una frequenza specifica. Queste cavità risonanti nel piano di terra della griglia avranno valori Q molto alti a causa dell'elevata conducibilità delle pareti della cavità (rame). Pertanto, ci saranno perdite inferiori e risonanza Q superiore. Ciò comporta una maggiore emissione di cavità e perdite di potenza risonante.

Rete aperta con basso isolamento

Un piano di terra mesh solitamente assicura che qualsiasi EMI irradiato dalla cavità della treccia della fibra sia emesso lungo il bordo della scheda. Poiché la maglia ha cavità aperte, c'è meno isolamento, e può anche irradiare lungo la superficie del nastro flessibile. Questo ha l'effetto opposto: mentre la traccia è più incline a irradiarsi, è anche più suscettibile all'IME esterno. Per risolvere questi problemi, utilizzare una maglia più stretta, proprio come si utilizzerebbe una trama di vetro più stretta per impedire l'effetto di tessitura della fibra. Flessibile e flessibile Scheda PCB continuerà a far parte della Scheda PCB Spazio e diventa più avanzato con nuove capacità di produzione.