PCB Tecnico - Come mettere fori attraverso il PCB?

Non riesco a trovare una spiegazione perché la gente voglia posizionare il maggior numero di vias (~50) possibile lungo le tracce di rame (o ovunque sul PCB), questi vias trasmettono segnali RF ad alta frequenza (da 100 MHz a GHz).

Nel mio caso, ci sono due piani di terra (dumping) su entrambi i lati del mio circuito stampato. La mia intuizione è che, comunque, attraverso la via, si crea un terreno reciproco tra i due piani di terra, in modo che nessun segnale passi dal piano di terra superiore al piano di terra inferiore lungo il bordo del PCB.

Questo perché la periferia del PCB è come un ciclo di corrente di perdita RF. Al fine di ridurre al minimo il ciclo di corrente indotto, deve essere fornita una "scorciatoia" in modo che i due piani possano essere in contatto diretto? Ho ragione?

E' legato all'impedenza. Per i segnali ad alta frequenza, se devi camminare una lunga distanza da un pezzo di rame GND a un altro pezzo di rame GND, sperimenterà un'elevata impedenza, quindi la tensione può essere generata. In altre parole, per le alte frequenze, a meno che non vi sia un percorso breve, GND non è un vero GND. Pertanto, a volte è necessario aggiungere vias per cucire diversi fili di rame GND insieme.

Penso che la risposta di prima classe sia troppo per me, ho lavoro e famiglia. L'idea di base è che se la corrente di ritorno deve seguire un percorso lungo o bypassare qualcosa, c'è induttanza, e anche se la resistenza DC del percorso è bassa, l'impedenza del percorso sarà alta alle alte frequenze.

In realtà state parlando di due cose molto diverse. Uno di loro è attraverso la cucitura, che è un reticolo di vias simile a una griglia. Potreste vedere due aerei di terra collegati.

L'altro è attraverso la recinzione, che è una via che circonda completamente le tracce RF su tutti i lati, tranne l'estremità che può terminare all'antenna o simili.

Ora, su qualsiasi PCB, che stia trasportando un segnale DC o 5GHz, il piano di terra può essere unito con un certo modello convenzionale (entro un intervallo ragionevole, puoi farlo secondo le tue preferenze). Assicura che tutte le isole di rame che potrebbero passare inosservate siano effettivamente messe a terra (succede nel nostro posto migliore), che tutto abbia il percorso di terra più breve possibile e che il terreno sia generalmente mantenuto come terra.

Ora, il terreno non è un concetto particolarmente utile alle alte frequenze. Anche a DC, c'è corrente di ritorno a terra che scorre attraverso il piano di terra, e il rame ha una piccola resistenza. Il terreno è solo una fantasia, non esiste una piastra magica di rame che abbia lo stesso potenziale in ogni punto. La messa a terra significa semplicemente che stiamo cercando di mantenere vicino allo stesso potenziale, con diversi gradi di successo, e scegliendo questo potenziale come tensione di riferimento 0V per il resto del nostro circuito.

Tuttavia, finché qualsiasi corrente inizia a fluire, genererà una tensione sulla corrente che scorre attraverso il rame, che può diffondere la corrente o rendere il nostro terreno "rimbalzo", a seconda di quale parte del PCB si sta guardando, e ... Niente ha davvero lo stesso potenziale. Anche il terreno. Il cucito è considerato una "best practice" e per garantire che il terreno sia più strettamente accoppiato in termini di tensione e potenziale tra una parte del terreno e un'altra parte del terreno attraverso un modo a basso costo.

Come hanno detto, non avrai mai troppi perni di terra. Si applica anche ai vias macinati.

Un altro uso importante di vias è la prestazione termica. Vias, come un ottimo conduttore termico, è sicuramente molto meglio di FR4. Ogni volta che i vias sono utilizzati per le prestazioni termiche, di solito vedrete che il loro imballaggio è il più ragionevole possibile, coprendo una piastra di rame, che brucerà quando il circuito è alimentato. Anche in requisiti più modesti, è quasi sempre preferibile avere un PCB più stretto con meno accoppiamento termico. Se la temperatura sul PCB è più simile, tutto ciò che deriva con la temperatura (quasi tutto sul circuito stampato) andrà alla deriva insieme.

Ora, per la scheda RF, la situazione è diversa. In altre parole, la corrente di ritorno non lascia più problemi al piano di terra. Alle basse frequenze, la nostra corrente di loop di terra si diffonde un po' e prende il percorso geometrico più breve per raggiungere il potenziale più basso (cose che mettono a terra il nostro piano di terra, come il terreno dell'alimentatore, la batteria).

Ad una frequenza uniforme e moderata, la corrente di ritorno a terra è controllata dalla componente reattiva dell'impedenza. La reattanza (parte immaginaria) di un'impedenza complessa è una misura dell'impedenza. Questo perché i vari elementi del circuito immagazzinano energia ad una data velocità. Contrariamente alla componente di resistenza (effettiva), la componente di resistenza (effettiva) è semplicemente l'impedenza causata dal consumo energetico. Un certo rapporto.

La reattività dipende dalla frequenza, perché l'energia immagazzinata non solo scomparirà, tornerà al circuito, e la velocità con cui qualcosa oscilla determinerà quanto tempo (e quindi quanta energia è necessaria) immagazzinato prima che arrivi per essere rilasciato con il prossimo swing.

La reattività è sempre dovuta a due tipi di energia immagazzinata in un campo elettrico o in un campo magnetico. E capacità e induttanza sono solo misure della capacità di immagazzinare energia in un campo elettrico o magnetico. Ora tutto comincia a mettersi insieme, vero?

La corrente seguirà il percorso di minore impedenza. Man mano che la frequenza aumenta, la nostra corrente di ritorno deve ridurre al minimo l'induttanza e la capacità formate tra la corrente positiva e la corrente di ritorno a terra. Spera di ridurre al minimo quanta energia può essere immagazzinata nel parassita.

La nostra corrente di terra fluirà il più possibile direttamente sotto il percorso della corrente originale.

Come potete vedere, 100MHz non è interessato al bellissimo percorso di terra breve che forniamo. Infatti, li ignora completamente.

Questo è il motivo per cui le cuciture a foro passante e le recinzioni sulla scheda RF sono completamente diverse da quelle relative al terreno o mantenendo un buon potenziale di terreno. Sì, finalmente devo rispondere alla tua domanda!

Le onde elettromagnetiche nella gamma sotto i 300 GHz, che di solito chiamiamo onde radio, sono il risultato dell'accelerazione dei vettori di carica. Ogni volta che un vettore di carica viene accelerato, verranno emesse onde elettromagnetiche. A causa di qualche fisica seria oltre questo intervallo, conterrà un po 'di energia, slancio e slancio angolare, e la radiazione sarà giusto per preservarli. Naturalmente, può interagire con i vettori di carica a lunga distanza, e questo momento, momento angolare e energia possono essere trasferiti indietro ad altri vettori di carica, accelerandoli così. Naturalmente, questa è la base fisica di tutte le tecnologie radio.

Affinché il vettore di ricarica sia accelerato, deve essere mobile. In altre parole, abbiamo bisogno di comando.

Il fatto spaventoso qui è che tutto ciò che conduce l'elettricità è un'antenna, e presto si irradia e raccoglierà quasi tutte le frequenze abbastanza alte da rendere la lunghezza d'onda abbastanza piccola da adattarsi al conduttore.

La nostra unica vera difesa è rendere tutti i nostri percorsi conduttivi troppo brevi per essere dissipatori di calore efficaci alle frequenze di interesse.

Pertanto, la migliore pratica è quella di commutare qualsiasi colata di rame sulla scheda RF, dove il passo via è almeno Î"/10 della frequenza più alta dell'obiettivo Î"/10, cioè Î"/10. Il più piccolo. Se possibile, si vuole davvero puntare al campo Î"/20 nella via in uno schema a griglia.

Questo ci porta alla parte più terrificante, probabilmente lo stimolo più importante e la principale forza motrice dietro la recinzione passante: nulla è diretto dal vettore di carica...

E' una grande guida delle onde elettromagnetiche.

Questo è corretto, tutto ciò che chiamiamo isolanti, dielettrici, compreso vuoto o bellissimo strato isolante in filo PTFE o il nostro laminato PCB FR4 - sono tutti conduttori per corrente, ma per onde elettromagnetiche. Sono conduttori di onde elettromagnetiche. D'altra parte, un conduttore è un isolante di onde elettromagnetiche (i riflettori possono essere una migliore analogia).

Se avete la TV via cavo o Internet, avete familiarità con quei cavi coassiali 75Ω RG6 o RG59 che lo trasportano e lo fanno funzionare. Guardando la sezione trasversale, vedrai il materiale bianco tra la treccia dello scudo e il singolo conduttore centrale. E' una schiuma dielettrica. I segnali che viaggiano lungo il cavo non sono trasportati da conduttori di rame, sono trasportati da schiuma bianca. I cavi coassiali non sono vecchi cavi conduttivi convenzionali. I cavi coassiali sono guide d'onda.

Quando la frequenza diventa abbastanza alta che la lunghezza d'onda è simile alla dimensione della caratteristica in rame sul PCB, devi combattere una battaglia duratura per imbottigliare tutte queste onde elettromagnetiche e spostarle dove vuoi che vadano invece di dove fai. posto. E passeranno felicemente attraverso il delizioso nucleo dielettrico del vostro PCB, fatto di FR4, fino al lato del circuito stampato, trasudando come piccoli pipistrelli oscillanti come l'inferno.

I vostri due aerei di terra saranno eccellenti guide d'onda! Rimbalzeranno tra di loro sulla strada fuori dal lato del circuito stampato e possono entrare direttamente nell'apparecchiatura di misura RF utilizzata nella certificazione FCC e fallirete.

Pertanto, la distanza tra le vie che deponiamo è più stretta della lunghezza d'onda più breve di cui dobbiamo preoccuparci. Non meno di Î"/10, ma meglio Î"/20. Come la griglia sulla porta del microonde, queste vie sono imballate troppo strettamente in modo che queste onde non fuoriescano.

Passare recinzioni è per lo stesso motivo, ma di solito perché stiamo cercando di irradiare alcune onde, ma vogliamo imbottigliarle finché non riescono a sfuggire attraverso qualche tipo di funzione antenna o come vogliamo. In circostanze normali, la recinzione può anche essere utilizzata come parte esterna della guida d'onda, se si desidera, può anche essere come un cavo coassiale piatto. Oltre alla dimensione di stripping accuratamente calcolata del microstrip, è importante anche il gap.

In ogni caso, la risposta finale alla tua domanda: tutti questi filtri devono continuare a tremare.