PCB Tecnico - Processo di cablaggio ad alta frequenza e selezione del materiale della scheda PCB

1. Larghezza della linea di trasmissione

La progettazione della larghezza della linea di trasmissione del PCB ad alta frequenza deve essere basata sulla teoria di corrispondenza dell'impedenza.

Quando l'impedenza di ingresso, uscita e impedenza della linea di trasmissione corrispondono, la potenza di uscita del sistema è la più grande (la potenza totale del segnale è la più piccola) e le riflessioni di ingresso e uscita sono le più piccole. Per i circuiti a microonde, la progettazione di corrispondenza dell'impedenza deve anche considerare il punto di funzionamento del dispositivo. La linea di segnale via causerà cambiamenti nelle caratteristiche di trasmissione dell'impedenza. Le linee di segnale logiche TTL e CMOS hanno un'elevata impedenza caratteristica e questo effetto viene ignorato. Tuttavia, questo effetto deve essere considerato in circuiti ad alta frequenza a bassa impedenza, come 50 ohm, ed è generalmente richiesto che la linea di segnale non abbia vias.

2. Conversazione incrociata tra linee di trasmissione

Quando la distanza tra due linee parallele di microscatto è molto piccola, si verifica l'accoppiamento, causando conversazioni incrociate tra le linee e influenzando l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata ai circuiti ad alta frequenza 50 ohm e 75 ohm e le misure dovrebbero essere prese nella progettazione del circuito. Questa caratteristica di accoppiamento è utilizzata anche nella progettazione effettiva del circuito, come la misurazione della potenza di trasmissione del telefono cellulare e il controllo di potenza. La seguente analisi è valida per i circuiti ad alta frequenza e le linee di dati ad alta velocità ECL (clock) e ha valore di riferimento per i circuiti di micro-segnale (come i circuiti di amplificazione operativi di precisione).

Supponiamo che il grado di accoppiamento tra le linee sia C, e la dimensione di C sia correlata a εr, W/d, S, e la lunghezza delle linee parallele L. Più piccola è la distanza S, più forte è l'accoppiamento; Più lunga è la L, più forte è l'accoppiamento. Per aumentare la conoscenza percettiva, ad esempio: utilizzare questa caratteristica per realizzare un accoppiatore direzionale da 50 ohm. Come amplificatore di potenza della stazione base di fine frequenza PCS da 1.97GHz, dove d=30 mil, εr=3.48:

Dimensione del PWB dell'accoppiatore direzionale 10dB: S=5mil, l=920mil, W=53mil

Dimensione del PWB dell'accoppiatore direzionale 20dB: S=35mil, l=920mil, W=62mil

Al fine di ridurre il crosstalk tra le linee di segnale, vengono forniti i seguenti suggerimenti:

A. La distanza S tra le linee di segnale parallele di dati ad alta frequenza o ad alta velocità è più del doppio della larghezza della linea.

B. Minimizzare la lunghezza parallela tra le linee del segnale.

C. Evitare forti fonti di interferenza come alimentazione elettrica e linee di segnale logico per segnali ad alta frequenza piccoli e segnali deboli.

3. Analisi elettromagnetica delle vie di terra

Indipendentemente dal fatto che il pin del dispositivo IC sia messo a terra o che altri componenti resistivi siano messi a terra, la via di messa a terra deve essere il più vicino possibile al pin nel circuito ad alta frequenza. Lo stato dell'onda in piedi è mostrato nella Figura 3.

Poiché il cavo di massa è molto corto, la linea di trasmissione a terra è equivalente a un'impedenza induttiva (ordine n-pH), e la via di terra è anche approssimativamente equivalente a un'impedenza induttiva, che influisce sull'effetto filtrante dei segnali ad alta frequenza. Questo è il motivo per cui i vias di terra sono il più vicino possibile ai perni. Per ridurre il carico induttivo della linea di trasmissione, il circuito a microonde richiede più di un foro passante sul perno di terra, che equivale ad aumentare la capacità di corrente del piano di terra nel circuito a bassa frequenza per garantire che ogni punto di terra sia uguale al livello 0.

4. Filtro di alimentazione

Al fine di ridurre l'influenza della logica del segnale sull'alimentazione (overshoot) nei circuiti TTL e CMOS, i condensatori filtranti vengono aggiunti vicino ai pin di alimentazione. Tuttavia, non è sufficiente prendere tali misure in circuiti ad alta frequenza e microonde. Quanto segue prende come esempio il processo di produzione per illustrare l'interferenza dei segnali ad alta frequenza sull'alimentazione elettrica.

I segnali ad alta frequenza di questi due metodi producono interferenze ad alta frequenza all'alimentazione elettrica e influenzano altri circuiti funzionali. Oltre al perno di alimentazione e al condensatore del filtro, è necessario anche un induttore di serie per sopprimere le interferenze ad alta frequenza. La selezione dell'induttanza di serie è correlata alla frequenza di funzionamento. La base è che se il perno dell'alimentazione filtra le interferenze ad alta frequenza sopra 1M, dove C=0.1uF, selezionare L=1uH induttanza. Si prega di essere cauti quando si aggiunge l'induttanza al pin di segnale a collettore aperto dell'alimentazione elettrica esterna, perché l'induttanza in questo momento è equivalente a un'induttanza per la corrispondenza.

5. Scudo

Nella progettazione PCB di piccoli segnali e segnali ad alta frequenza, dovrebbero essere adottate misure di schermatura per ridurre l'interferenza di segnali di grandi dimensioni (come i livelli logici) o ridurre la radiazione elettromagnetica dei segnali ad alta frequenza. like:

A. Nella progettazione digitale e analogica a bassa frequenza (meno di 30 MHz) del PCB a piccolo segnale, oltre a dividere la terra digitale e la terra analogica, è anche necessario posare il terreno nell'area di cablaggio a piccolo segnale e la distanza tra la terra e la linea del segnale è maggiore della larghezza della linea.

B. Nella progettazione di PCB digitale e analogico ad alta frequenza a piccolo segnale, è anche necessario aggiungere una copertura di schermatura o pavimentare il terreno tramite misure di isolamento nella parte ad alta frequenza.

C. Nella progettazione PCB ad alta frequenza a grande segnale, la parte ad alta frequenza deve essere progettata con un modulo funzionale indipendente e una scatola di schermatura viene aggiunta per ridurre la radiazione esterna del segnale ad alta frequenza. Come fibra ottica 155M, 622M, modulo del ricetrasmettitore 2Gb/s.

Layout PCB multistrato (Nokia 6110), dispositivo di posizionamento bifacciale, progettazione PCB del telefono cellulare come mostrato in Figura 5.

Esempi di selezione di schede PCB ad alto profilo

Di seguito prendiamo come esempio il PCB ad alta frequenza (microonde) che abbiamo progettato e eseguito il debug per illustrare la selezione delle piastre.

(1) Selezione della scheda relè digitale a microonde a spettro diffuso a 2,4 GHz

La sua struttura comprende l'interfaccia digitale 2M, lo spettro di diffusione 20M, la modulazione di frequenza intermedia 70M e la demodulationboard. Usiamo la scheda FR4, la scheda PCB a quattro strati, il pavimento di grande area, la parte analogica ad alta frequenza dell'alimentazione elettrica è isolata dalla parte digitale dal choke di induttanza.

Il ricetrasmettitore a radiofrequenza 2.4GHz adotta il doppio pannello F4, il ricetrasmettitore è schermato da una scatola metallica e l'ingresso di alimentazione è filtrato.

(2) Ricetrasmettitore di radiofrequenza da 1,9 GHz

Tra loro, l'amplificatore di potenza adotta lo strato di PTFE e la scheda PCB bifacciale; Il ricetrasmettitore a radiofrequenza adotta lo strato di PTFE e la scheda PCB a quattro strati. Tutti adottano le misure di pavimentazione e isolamento di grande area della copertura di schermatura funzionale del modulo.

(3) Ricetrasmettitore a frequenza intermedia 140MHz

Lo strato superiore è fatto del bordo S1139 da 0,3 mm, che è distribuito su una grande area ed è isolato da fori via.

(4) Ricetrasmettitore a frequenza intermedia 70MHz

Utilizzando scheda FR4, scheda PCB a quattro strati. Pavare il terreno in una grande area e la cinghia di isolamento funzionale del modulo è isolata da una serie di fori passanti.

(5) Amplificatore di potenza 30W

Utilizzare la scheda RO4350, scheda PCB bifacciale. Pavare il terreno in una grande area, con un vincolo di spaziatura maggiore o uguale a 50 ohm di larghezza della linea, schermato da una scatola metallica e filtrato all'estremità di ingresso dell'alimentatore.

(6) Sorgente di frequenza a microonde 2000MHz

Utilizzando foglio S1139 spesso 0,8 mm, scheda PCB bifacciale.