PCB技術 - PCB相互接続設計における無線周波数の影響を最小化するための基本的な方法

基板システムの相互接続には、3種類のチップと基板間の相互接続、PCBボード内の相互接続、PCBと外部装置間の相互接続が含まれる。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た。内容はデバイスの実装方法、配線分離、リードインダクタンスの低減措置を含む。ちょっと待って。

現在、プリント配線基板の設計の頻度が高くなっていることを示す兆候がある。データレートが増加するにつれて、データ伝送に必要な帯域幅も信号周波数の上限を1 GHz以上に引き上げます。この高周波信号技術はミリ波技術（30 GHz）の範囲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。

無線周波数工学設計方法は、一般に高い周波数帯域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線に信号を誘導し、不快なクロストーク（干渉と全ノイズ）をもたらし、システム性能を損なう可能性がある。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ノイズと干渉による影響と同じである。

高エコー損失には2つの負の影響がある：1。信号源に反射された信号はシステムノイズを増加させ、受信機がノイズと信号を区別するのをより困難にする、2.入力信号により、どの反射信号も基本的に信号品質が低下します。形状が変更されました。

デジタルシステムは1信号と0信号のみを処理し、非常に優れたフォールトトレランスを持っているが、高速パルス上昇時に発生する高調波は周波数が高いほど信号が弱くなる。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。1つのより良い解決策は、信号の完全性を弱めるのではなく、無線周波数効果を支援することです。デジタルシステムの最高周波数（通常は悪いデータ点）における総エコー損失は−25 dBであり、1.1のVSWRに相当することを提案する。

PCB設計の目標は、より小さく、より速く、より低いコストである。RFPCBでは、高速信号はPCB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、配線間の空間を管理し、リードインダクタンスを下げることである。

（studcapacitance）。エコー損失を低減する主な方法はインピーダンス整合である。この方法は、絶縁材料の効果的な管理、および活性信号線と接地線の分離、特に遷移状態を有する信号線と接地との間を含む。

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る。相互接続点ごとに調査し、問題を解決しなければなりません。基板システムの相互接続には、チップから基板、PCBボード内の相互接続、PCB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。

一、チップとPCBボードの相互接続

PentiumIVと大量の入出力相互接続点を含む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。最近のGHz相互接続シンポジウム（www.az.ww.com）で最もエキサイティングなことは、増加するI/Oの数と周波数を処理する方法が知られていることだ。チップとPCBとの間の相互接続の主な問題は相互接続密度が高すぎることであり、これはPCB材料の基本構造が相互接続密度の増加を制限する要因になる。会議では、チップ内部で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を提案しました。

この案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設計技術よりはるかにリードしていることをよく知っている。

二、PCBボード相互接続

高周波PCB設計の技術と方法は以下の通りである：

1.送電線の回転角は45°であり、エコー損失を低減する（図1）、

2.絶縁定数値を用いて厳格に等級制御された高性能絶縁回路基板。この方法は、絶縁材料と隣接配線との間の電磁場の効率的な管理に有利である。

3.高精度エッチングに関するPCB設計仕様を改良する。規定線幅の総誤差が+/-0.007インチであることを考慮し、配線形状のアンダーカットと断面を管理し、配線側壁のめっき条件を規定する必要がある。配線（導線）幾何形状とコーティング表面の全体的な管理は、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.突出したリード線はタップインダクタンスを有するので、リード線を有する素子の使用は避ける。高周波環境では、表面実装アセンブリを使用することが好ましい。

5.信号ビアについては、ビア処理（pth）プロセスがビアにおけるリードインダクタンスを引き起こすので、感受性プレート上でビア処理（pth）プロセスを使用しないでください。例えば、接続層1〜3に20層板のビアを用いた場合、リードインダクタンスは層4〜19に影響を与えることができる。

6.豊富な地表面を提供する。これらの接地面をモールド孔を用いて接続し、3 D電磁場が回路基板に影響を与えるのを防止する。

7.HASL法を用いて電気めっきを行わないように、ニッケルの化学めっきまたは金の浸漬プロセスを選択する。このめっき表面は高周波電流により良好な表皮効果を提供することができる（図2）。さらに、このような高溶接可能なコーティングは、環境汚染を低減するのに役立つより少ない鉛を必要とする。

8.このソルダーレジストは、ペーストの流れを防止することができる。しかし、厚さの不確実性と絶縁性能の未知性のため、回路基板の表面全体がソルダーレジスト材料で覆われており、これにより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ことになる。一般に、半田ダムは半田マスクとして使用される。

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の設計に携わった経験のある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、銅背面共平面マイクロストリップ設計は、ストリップライン設計よりも経済的である。この問題について彼らと議論して、より良い提案を得ることができます。優秀なエンジニアはコストの問題を考えるのに慣れていないかもしれませんが、彼らのアドバイスも役立ちます。今、無線周波数効果に慣れておらず、無線周波数効果を処理する経験が不足している若いエンジニアを育成してみましょう。これは長期的な仕事になるだろう。

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タイプを改良するなど、他のソリューションを採用することもできます。

三、PCBと外部装置との相互接続

これで、ボード上のすべての信号管理問題と単一の離散コンポーネントの相互接続問題を解決したと考えられます。では、回路基板からリモートデバイスに接続されたワイヤ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（図3）。また、図4に示した電磁場を見てください。この場合、マイクロストリップから同軸ケーブルへの変換を管理します。同軸ケーブルでは、接地層は交絡した環状で均一に間隔を空けられている。マイクロストリップでは、接地面は能動線の下に位置している。これにより、設計中にこれらの効果を理解し、予測し、考慮する必要があるエッジ効果が導入されます。もちろん、この不一致はエコー損失にもつながり、ノイズや信号干渉を回避するためには、この不一致を最小化しなければならない。

回路基板内のインピーダンス問題の管理は無視できる設計問題ではない。インピーダンスは基板表面から始まり、溶接点を通ってコネクタに到達し、最後に同軸ケーブルに到達します。インピーダンスは周波数によって変化するため、周波数が高いほどインピーダンス管理が困難になる。より高い周波数を使用して広帯域で信号を伝送することは設計上の主要な問題であるようだ。