PCBブログ - PCBボード相互接続設計における無線周波数効果を低減する方法

PCBボードシステムの相互接続には、チップから基板への相互接続、PCBボード内の相互接続、PCBボードと外部装置との間の3種類の相互接続が含まれている。無線周波数設計において、相互接続点の電磁特性は工学設計が直面する主要な問題の1つである。本文は上述の3種類の相互接続設計の各種技術を紹介し、デバイス実装方法、配線分離、リードインダクタンス低減の措置などを含む。現在、プリント基板の設計の頻度が高くなっていることが明らかになっている。データレートが増加し続けるにつれて、データ伝送に必要な帯域幅も信号周波数の上限を1 GHz以上に引き上げた。この高周波信号技術はミリ波技術（30 GHz）をはるかに超えているが、無線周波数と低端マイクロ波技術にも関連している。

無線周波数工学法は、一般に高い周波数で発生するより強い電磁場効果を処理することができる必要がある。これらの電磁場は隣接する信号線またはPCB板跡線に信号を誘導し、不要なクロストーク（干渉と全ノイズ）をもたらし、システム性能を損なう。エコー損失は主にインピーダンス不整合によって引き起こされ、信号への影響は付加的なノイズや干渉と同じである。高いリターン損失には2つのマイナス影響があります：1。信号反射フィードバックはシステムにノイズを増加させ、受信機がノイズと信号を区別しにくくする、2.入力信号の形状が変化しているため、どの反射信号も基本的には信号品質が低下します。デジタルシステムは1と0しか処理していないため、フォールトトレランスが強いが、高速パルス上昇時に発生する高調波は高周波信号を弱くする。順方向誤り訂正技術はいくつかの負の影響を取り除くことができるが、一部のシステム帯域幅は冗長データを伝送するために使用され、システム性能の低下を招いた。より良い解決策は、信号の完全性を弱めるのではなく、無線周波数効果を発揮させることです。推奨デジタルシステム周波数で返される（通常は悪いデータポイント）

総損失は−25 dBであり、VSWRが1.1であることに相当する。

PCBボード設計の目標は、より小さく、より速く、より安くすることです。RF PCBボードに対して、高速信号はPCBボード設計の小型化を制限することがある。現在、クロストーク問題を解決する主な方法は接地平面管理、配線間隔及びスタッド容量の低減である。エコー損失を低減する主な方法はインピーダンス整合によるものである。この方法は、絶縁材料と絶縁活性信号線と接地線、特に状態遷移が発生する信号線と接地との間を効果的に管理することを含む。相互接続点は回路チェーンの中で最も弱い一環であるため、無線周波数設計において、相互接続点の電磁特性は工学設計が直面する主要な問題であり、各相互接続点を検査し、存在する問題を解決しなければならない。基板システムの相互接続には、チップから基板への相互接続、PCBボード内の相互接続、PCBボードと外部装置との信号入出力の3種類の相互接続が含まれています。

チップとPCBの相互接続

Pentium IVと大量のI/O相互接続点を持つ高速チップが発売されている。チップ自体にとって、その性能は信頼性があり、処理速度はすでに1 GHzに達することができる。近GHz相互接続シンポジウム（www.az.ww.com）の興奮は、増加するI/Oの数と周波数を処理する方法がよく知られていることだ。チップとPCBの相互接続の主な問題は相互接続密度が高すぎて、PCB材料の基本構造が相互接続密度の増加の制限要因になることである。チップ内のローカル無線送信機を使用して隣接する回路基板にデータを転送する革新的なソリューションが提案されました。このソリューションが有効であるかどうかにかかわらず、参加者は高周波応用の面でIC設計技術がPCBボード設計技術をはるかに上回っていることを明らかにした。高周波PCBボード設計の技術と方法は以下の通り：

1）伝送路の角は45°であり、エコー損失を低減する。

2）高性能絶縁回路基板を使用し、その絶縁定数値はレベルに応じて厳格に制御すること。この方法は、絶縁材料と隣接配線との間の電磁場を効果的に管理するのに役立つ。

3）高精度エッチングを実現するために、PCB基板の設計仕様を改良する必要がある。指定された線幅の合計誤差が+/-0.007インチであることを考慮して、配線形状のアンダーカットと断面を管理し、配線側壁めっき条件を指定します。配線（導体）幾何形状とコーティング表面の全面的な管理は、マイクロ波周波数に関連する表皮効果問題を解決し、これらの仕様を実現するために非常に重要である。

4）突出したリードにタップインダクタンスが存在するため、リード付きコンポーネントの使用は避けなければならない。高周波環境の場合は、表面貼付アセンブリを使用します。

5）信号スルーホールについては、スルーホールでのリードインダクタンスを引き起こすので、敏感板にスルーホール処理（pth）プロセスを使用しないでください。例えば、20層板上のビア接続層1〜3を使用する場合、リードインダクタンスは層4〜19に影響を与える。

6）豊富な地面を提供する。これらの接地面はモールド孔を介して接続されており、3 D電磁場が回路基板に与える影響を防止している。

7）化学ニッケルめっきまたは金浸漬プロセスを選択する場合、HASL法を用いてめっきを行わない。このめっき層の表面は高周波電流に対してより良い表皮効果を提供している。また、このような高溶接性のコーティングは、環境汚染を低減するのに役立つより少ないリード線を必要とする。

8）半田マスクは半田ペーストの流れを防止する。しかし、厚さの不確実性と未知の絶縁性のため、はんだマスク材料で回路基板表面全体を覆うと、マイクロストリップ設計における電磁エネルギーが大きく変化する。半田ダムは半田マスクとしてよく使われている。

これらの方法に慣れていない場合は、軍用マイクロ波回路基板で働いていた経験豊富な設計エンジニアに相談することができます。あなたが負担できる価格帯についても彼らと議論することができます。例えば、銅の背面共平面マイクロストリップ設計はストリップ線設計よりも経済的で、より良い構築を得るために彼らと議論することができます。」sのエンジニアはコストを考えることに慣れていないかもしれませんが、彼らの提案は非常に役立つかもしれません。無線周波数効果に慣れておらず、無線周波数効果の処理に関する経験が不足している若手エンジニアのトレーニングを試みることは長期的な努力になるだろう。さらに、無線周波数効果を処理できるようにコンピュータを改造するなど、他のソリューションも選択できます。回路基板と各種ディスクリート素子との相互接続におけるすべての信号管理問題を解決したと考えられています。では、回路基板からリモートデバイスに接続された電線への信号入出力問題をどのように解決するのでしょうか。同軸ケーブル技術の革新者であるTrompeter Electronicsはこの問題の解決に努めており、いくつかの重要な進展を遂げている。また、与えられた電磁場を見てみましょう。この場合、マイクロストリップと同軸ケーブル間の遷移を管理します。同軸ケーブルでは、接地面がリングに絡み合い、間隔が均一になっています。マイクロストリップでは、接地面はPCB基板上の能動線の下に位置している。