PCB Tecnico - Suggerimenti per ridurre l'effetto RF nella progettazione di interconnessione PCB

Questo articolo introduce varie abilità di chip a circuito stampato, interconnessione nel PCB e progettazione di interconnessione tra PCB e dispositivi esterni, tra cui installazione del dispositivo, isolamento del cablaggio e misure per ridurre l'induttanza del piombo, in modo da aiutare i progettisti a ridurre l'effetto RF nella progettazione di interconnessione PCB.

L'interconnessione del sistema del circuito stampato comprende chip a circuito stampato, interconnessione in PCB e interconnessione tra PCB e 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 abilità dei tre tipi di progettazione di interconnessione sopra, tra cui metodi di installazione del dispositivo, isolamento dei cavi e misure per ridurre l'induttanza del piombo.

Attualmente, ci sono segni che la frequenza della progettazione del circuito stampato sta diventando sempre più alta. Con la crescita continua della velocità dei dati, la larghezza di banda richiesta per la trasmissione dei dati rende anche il limite superiore della frequenza del segnale raggiungere 1GHz o anche più alto. Sebbene questa tecnologia di segnale ad alta frequenza sia ben oltre la gamma della tecnologia a onde millimetriche (30ghz), coinvolge anche RF e tecnologia a microonde di fascia bassa.

Il metodo di progettazione di ingegneria RF deve essere in grado di affrontare i forti effetti di campo elettromagnetico solitamente generati nella banda di frequenza più alta. Questi campi elettromagnetici possono indurre segnali su linee di segnale adiacenti o linee PCB, con conseguente fastidioso crosstalk (interferenza e rumore totale) e danneggiare le prestazioni del sistema. La perdita di ritorno è principalmente causata da disallineamento di impedenza, che ha lo stesso impatto sul segnale del rumore additivo e dell'interferenza.

La perdita di rendimento elevato ha due effetti negativi:

1. il segnale riflesso 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.

Anche se il sistema digitale elabora solo segnali 1 e 0 e ha una tolleranza di errore molto buona, le armoniche generate quando l'impulso ad alta velocità aumenta causeranno maggiore è la frequenza, più debole è il segnale. Sebbene la tecnologia di correzione degli errori in avanti possa eliminare alcuni effetti negativi, 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 l'effetto RF aiuti piuttosto che danneggiare l'integrità del segnale. Si raccomanda che la perdita totale di ritorno alla frequenza del sistema digitale (solitamente punti dati poveri) sia - 25dB, che è equivalente a VSWR di 1,1

L'obiettivo della progettazione PCB è più piccolo, più veloce e più basso costo. Per rfpcb, il segnale ad alta velocità a volte limita la miniaturizzazione della progettazione PCB. Attualmente, i metodi principali per risolvere il problema crosstalk sono la gestione del piano di terra, la spaziatura tra il cablaggio e la riduzione dell'induttanza del piombo. Il metodo principale per ridurre la perdita di ritorno è la corrispondenza dell'impedenza. Questo metodo include una gestione efficace dei materiali isolanti e l'isolamento della linea di segnale attiva e del cavo di terra, in particolare tra linea di segnale e terra con salto di stato.

Poiché il punto di interconnessione è l'anello debole nella catena del circuito, la proprietà elettromagnetica al punto di interconnessione è il problema principale affrontato dalla progettazione ingegneristica nella progettazione RF. È necessario indagare ogni punto di interconnessione e risolvere i problemi esistenti. L'interconnessione del sistema del circuito stampato comprende chip a circuito stampato, interconnessione in PCB e segnale di ingresso / uscita tra PCB e dispositivi esterni.

a. Interconnessione tra chip e PCB

Sono stati disponibili chip Pentium IV e ad alta velocità contenenti un gran numero di punti di interconnessione input / output. Per quanto riguarda il chip stesso, le sue prestazioni sono affidabili e la velocità di elaborazione ha raggiunto 1GHz. Al seminario di interconnessione vicino GHz, la cosa eccitante è che i metodi per affrontare il numero crescente e la frequenza di I / O sono stati ampiamente conosciuti. Il problema principale dell'interconnessione tra chip e PCB è che una densità di interconnessione troppo elevata porterà la struttura di base del materiale PCB a diventare un fattore limitante la crescita della densità di interconnessione. Durante l'incontro è stata proposta una soluzione innovativa, ovvero il trasmettitore wireless locale all'interno del chip è stato utilizzato per trasmettere i dati al circuito adiacente. Se questo schema è efficace o meno, i partecipanti sono molto chiari: in termini di applicazioni ad alta frequenza, la tecnologia di progettazione IC è lontana dalla tecnologia di progettazione PCB.

b. Interconnessione in PCB

Le competenze e i metodi di progettazione PCB ad alta frequenza sono i seguenti:

1. L'angolo di 45° è adottato per l'angolo della linea di trasmissione per ridurre la perdita posteriore

2. Il circuito stampato isolato ad alte prestazioni con il valore costante dell'isolamento rigorosamente controllato dal livello deve essere adottato. Questo metodo è favorevole alla gestione efficace del campo elettromagnetico tra il materiale isolante e il cablaggio adiacente.

3. Migliorare le specifiche di progettazione PCB per l'incisione ad alta precisione. Considera di specificare un errore di larghezza totale della linea di + / - 0,0007 pollici, gestire il sottostrato e la sezione trasversale delle forme di cablaggio e specificare le condizioni di placcatura dei lati del cablaggio. La gestione complessiva della geometria del cablaggio (filo) e della superficie del rivestimento è molto importante per risolvere il problema dell'effetto della pelle relativo alla frequenza delle microonde e realizzare queste specifiche.

4. Il cavo sporgente ha induttanza del rubinetto e i componenti con i cavi devono essere evitati. Utilizzare componenti di montaggio superficiale in ambienti ad alta frequenza.

5. per via del segnale, evitare di utilizzare il processo di lavorazione via (PTH) sul bordo sensibile, perché questo processo porterà all'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. Fornire piano terra abbondante. Per collegare questi strati di messa a terra devono essere utilizzati fori stampati per impedire l'influenza del campo elettromagnetico 3D sul circuito stampato.

7. La nichelatura non elettrolitica o il processo di immersione dell'oro deve essere selezionato e il metodo HASL non deve essere utilizzato per la galvanizzazione. Questa superficie galvanizzata può fornire un migliore effetto della pelle per corrente ad alta frequenza (Fig. 2). Inoltre, questo rivestimento altamente saldabile richiede meno cavi, il che contribuisce a ridurre l'inquinamento ambientale.

8. lo strato di resistenza della saldatura può impedire il flusso della pasta di saldatura. Tuttavia, a causa dell'incertezza dello spessore e dell'incertezza delle prestazioni di isolamento, l'intera superficie della piastra è coperta di materiale resistente alla saldatura, che porterà a grandi cambiamenti nell'energia elettromagnetica nella progettazione di microstrip. Solderdam è generalmente usato come strato resistente alla saldatura.

Se non si ha familiarità con questi metodi, è possibile consultare un ingegnere di progettazione esperto che è stato impegnato nella progettazione militare di circuiti stampati a microonde. Puoi anche discutere con loro la fascia di prezzo che puoi permetterti. Ad esempio, l'utilizzo di un microtrip coplanare con supporto in rame è più economico del design a stripline. Si può discutere con loro per ottenere suggerimenti migliori. I nostri ingegneri potrebbero non essere abituati a pensare ai costi, ma i loro suggerimenti sono anche abbastanza utili. Ora dovremmo fare del nostro meglio per formare giovani ingegneri che non hanno familiarità con l'effetto RF e mancano di esperienza nel trattare con l'effetto RF, che sarà un lavoro a lungo termine.

Inoltre, altre soluzioni possono essere adottate, come migliorare il tipo di computer per avere capacità di elaborazione dell'effetto RF.

c. Interconnessione PCB con dispositivi esterni

Ora si può considerare che abbiamo risolto tutti i problemi di gestione del segnale sulla scheda e sull'interconnessione di vari componenti discreti. Quindi come risolvere il problema di ingresso / uscita del segnale dal circuito stampato al cavo che collega il dispositivo remoto? Trompeter electronics, l'innovatore della tecnologia dei cavi coassiali, sta lavorando per risolvere questo problema e ha fatto alcuni importanti progressi (Figura 3). Inoltre, date un'occhiata al campo elettromagnetico mostrato nella Figura 4 qui sotto. In questo caso, gestiamo la conversione da microstrip a cavo coassiale. Nel cavo coassiale, lo strato del filo di terra è interleaved e spaziato uniformemente. In un microtrip, il piano di terra è sotto la linea attiva. Questo introduce alcuni effetti di bordo che devono essere compresi, previsti e considerati nella progettazione. Naturalmente, questo disallineamento porterà anche alla perdita della schiena. Questo disallineamento deve essere ridotto per evitare rumori e interferenze del segnale.

La gestione del problema di impedenza nel circuito stampato non è un problema di progettazione trascurabile. L'impedenza parte dalla superficie del circuito stampato, quindi passa attraverso un giunto di saldatura al connettore e termina al cavo coassiale. Poiché l'impedenza varia a seconda della frequenza, maggiore è la frequenza, più difficile è gestire l'impedenza. Il problema dell'utilizzo di frequenze più elevate per trasmettere segnali sulla banda larga sembra essere il problema principale nella progettazione del PCB.