Teknik PCB - Bagaimana untuk meletakkan lubang pada PCB?

Saya tidak dapat mencari penjelasan mengapa orang mahu meletakkan sebanyak mungkin vial (~50) sepanjang jejak tembaga (atau di mana-mana di PCB), vial ini menghantar isyarat frekuensi RF (100 MHz ke GHz).

Dalam kes saya, ada dua pesawat tanah di kedua-dua sisi papan sirkuit saya. Intuisi saya adalah, bagaimanapun, melalui laluan, anda mencipta tanah bersama-sama antara dua pesawat tanah, sehingga tiada isyarat melewati dari pesawat atas tanah ke pesawat bawah tanah sepanjang pinggir PCB.

Ini kerana periferi PCB seperti gelung arus kebocoran RF. Untuk minimumkan gelung semasa yang disebabkan, mesti disediakan "pintasan" supaya kedua-dua pesawat boleh berada dalam kenalan langsung? Betul ke?

Ia berkaitan dengan impedance. Untuk isyarat frekuensi tinggi, jika anda perlu berjalan jarak jauh dari satu potongan tembaga GND ke potongan tembaga GND yang lain, ia akan mengalami impedance tinggi, jadi tekanan mungkin dijana. Dengan kata lain, untuk frekuensi tinggi, kecuali ada laluan pendek, GND bukan GND yang sebenar. Oleh itu, kadang-kadang anda perlu menambah vias untuk menjahit wayar tembaga GND yang berbeza bersama-sama.

Saya rasa jawapan kelas pertama terlalu banyak untuk saya. Idea asasnya ialah jika arus kembali perlu mengikuti laluan panjang atau melewati sesuatu, terdapat induktan, dan walaupun resistensi DC laluan rendah, impedance laluan akan tinggi pada frekuensi tinggi.

Anda sebenarnya bercakap tentang dua perkara yang sangat berbeza. Salah satu dari mereka adalah melalui jahitan, yang adalah corak seperti grid vias. Anda mungkin melihat dua pesawat tanah tersambung.

Yang lain adalah melalui pagar, yang adalah melalui yang sepenuhnya mengelilingi jejak RF di semua sisi, kecuali akhir yang boleh berakhir di antena atau seperti.

Sekarang, pada mana-mana PCB, sama ada ia membawa isyarat DC atau 5GHz, pesawat tanah boleh dibahagi bersama dengan corak konvensional tertentu (dalam julat yang masuk akal, anda boleh melakukan ini mengikut keutamaan anda sendiri). Ia memastikan bahawa mana-mana pulau tembaga yang mungkin pergi tanpa perasan sebenarnya terkawal (ia berlaku di tempat terbaik kita), bahawa segala-galanya mempunyai laluan tanah yang paling pendek mungkin, dan bahawa tanah biasanya disimpan sebagai tanah.

Sekarang, tanah bukan konsep yang sangat berguna pada frekuensi tinggi. Walaupun di DC, terdapat arus kembali tanah mengalir melalui pesawat tanah and a, dan tembaga mempunyai sedikit perlawanan. Tanah hanya fantasi, tiada plat tembaga ajaib yang mempunyai potensi yang sama pada setiap titik. Mendarat bermakna bahawa kita cuba untuk mempertahankan potensi yang sama, dengan darjah yang berbeza kejayaan, dan memilih potensi ini sebagai voltaj rujukan 0V untuk seluruh sirkuit kita.

Bagaimanapun, selama mana-mana arus mula mengalir, ia akan menghasilkan tekanan pada arus mengalir melalui tembaga, yang sama ada boleh menyebarkan arus keluar atau membuat tanah kita "melompat", bergantung pada bahagian PCB yang and a lihat, dan ... Tiada apa yang mempunyai potensi yang sama. Bahkan tanah. Pencucian dianggap sebagai "praktek terbaik", dan untuk memastikan bahawa tanah dipasang lebih ketat dalam terma tekanan dan potensi antara satu bahagian tanah dan bahagian lain tanah melalui cara yang rendah kos.

Seperti yang mereka katakan, anda tidak akan mempunyai terlalu banyak pin tanah. Ia juga berlaku untuk vias tanah.

Penggunaan penting lainnya ialah prestasi panas. Vias, sebagai konduktor panas yang sangat baik, pasti jauh lebih baik daripada FR4. Setiap kali botol digunakan untuk prestasi panas, anda biasanya akan melihat bahawa pakej mereka adalah sebaik mungkin, meliputi plat tembaga, yang akan terbakar apabila papan sirkuit dipenuhi tenaga. Walaupun dalam keperluan yang lebih rendah, ia hampir sentiasa lebih baik mempunyai PCB yang lebih ketat dengan sambungan panas kurang. Jika suhu pada PCB lebih mirip, maka segala-galanya yang bergerak dengan suhu (hampir segala-galanya di papan sirkuit) akan bergerak bersama-sama.

Sekarang, untuk papan RF, situasi berbeza. Dengan kata lain, arus kembali tidak lagi benar-benar meninggalkan masalah untuk pesawat tanah anda. Pada frekuensi rendah, arus loop tanah kita menyebar sedikit dan mengambil laluan geometrik yang paling pendek untuk mencapai potensi yang paling rendah (perkara-perkara yang mendarat pesawat tanah kita, seperti tanah bekalan kuasa, bateri).

Pada frekuensi seragam dan sederhana, arus kembali tanah dikawal oleh komponen reaktif impedance. Reaksi (bahagian imajinasi) impedance kompleks adalah ukuran impedance. Ini kerana pelbagai elemen dalam sirkuit menyimpan tenaga pada kadar tertentu. Sebaliknya kepada komponen resistensi (sebenar), komponen resistensi (sebenar) adalah hanya impedance disebabkan oleh konsumsi tenaga. . Nisbah tertentu.

Reaksi bergantung pada frekuensi, kerana tenaga yang disimpan tidak hanya akan hilang, ia akan kembali ke sirkuit, dan kelajuan yang mana sesuatu bergerak akan menentukan berapa banyak masa (dan oleh itu berapa banyak tenaga yang diperlukan) disimpan sebelum ia tiba untuk dilepaskan dengan pergerakan berikutnya.

Reaksi sentiasa disebabkan dua jenis tenaga yang disimpan dalam medan elektrik atau medan magnetik. Dan kapasitas dan induktan hanyalah ukuran kemampuan untuk menyimpan tenaga dalam medan elektrik atau magnetik. Sekarang semuanya mula berkumpul, bukan?

Semasa akan mengikuti laluan paling kurang impedance. Semasa frekuensi meningkat, semasa kembalian kita perlu mengurangkan induktansi dan kapasitasi yang terbentuk antara semasa positif dan semasa kembalian tanah. Ia berharap untuk mengurangi berapa banyak tenaga boleh disimpan dalam parasit.

Semasa tanah kita akan mengalir langsung di bawah laluan semasa asal.

Seperti yang anda lihat, 100 MHz tidak berminat dengan jalan tanah pendek yang indah yang kita berikan. Sebenarnya, ia benar-benar mengabaikan mereka.

Inilah sebabnya jahitan lubang dan pagar di papan RF sangat berbeza dari yang berkaitan dengan tanah atau mempertahankan potensi tanah yang baik. Ya, akhirnya saya perlu menjawab soalan awak!

Gelombang elektromagnetik dalam julat bawah 300 GHz, yang biasanya kita panggil gelombang radio, adalah hasil pemecut pembawa muatan. Setiap kali mana-mana pembawa muatan dipercepat, gelombang elektromagnetik akan dikeluarkan. Kerana beberapa fizik serius di luar julat ini, ia akan mengandungi sedikit tenaga, momentum dan momentum sudut, dan radiasi akan betul untuk mempertahankan mereka. Sudah tentu, ia boleh berinteraksi dengan pembawa muatan jarak jauh, dan momentum ini, momentum sudut, dan tenaga boleh dipindahkan kembali ke pembawa muatan lain, dengan itu mempercepat mereka. Sudah tentu, ini adalah dasar fizikal semua teknologi radio.

Untuk pembawa muatan dipantau, ia mesti bergerak. Dengan kata lain, kita perlukan perintah.

Fakta yang menakutkan di sini adalah bahawa segala-galanya yang mengalir listrik adalah antena, dan akan segera radiasi dan mengambil hampir semua frekuensi cukup tinggi untuk membuat panjang gelombang cukup kecil untuk muat konduktor.

Satu-satunya pertahanan sebenar kita adalah untuk membuat semua laluan konduktif kita terlalu pendek untuk menjadi panas yang efektif tenggelam pada frekuensi kepentingan.

Oleh itu, praktek terbaik adalah untuk menukar sebarang tembaga menumpahkan pada papan RF, di mana melalui pitch sekurang-kurangnya λ/10 dari frekuensi tertinggi sasaran λ/10, iaitu, λ/10. Yang paling kecil. Jika boleh, anda benar-benar mahu tujuan pada pitch λ/20 dalam melalui dalam corak grid.

Ini membawa kita ke bahagian yang paling menakutkan, mungkin stimulus yang paling penting dan kekuatan pemandu utama di belakang pagar lewat: tiada apa yang diarahkan oleh pembawa muatan...

...adalah panduan gelombang elektromagnetik yang hebat.

Ini betul, semua yang kita panggil pengisih, dielektrik, termasuk vakum atau lapisan pengisihan wayar PTFE yang indah atau laminat PCB FR4-mereka semua konduktor untuk semasa, tetapi untuk gelombang elektromagnetik. Mereka adalah konduktor gelombang elektromagnetik. Di sisi lain, konduktor adalah pengisih gelombang elektromagnetik (reflektor mungkin analogi yang lebih baik).

Jika anda mempunyai TV kabel atau Internet, anda akrab dengan kabel 75Ω RG6 atau RG59 koaksial yang membawanya dan membuatnya berfungsi. Melihat bahagian salib, anda akan melihat bahan putih antara lengkap perisai dan konduktor tengah tunggal. Itu lumpur dielektrik. Isyarat yang mengembara sepanjang kabel tidak dibawa oleh konduktor tembaga, mereka dibawa dengan foam putih. Kabel koaksial bukan kabel konduktif lama konvensional. Kabel koaksial adalah panduan gelombang.

Apabila frekuensi menjadi cukup tinggi bahawa panjang gelombang adalah sama dengan saiz ciri tembaga pada PCB, and a mesti melawan pertempuran yang panjang untuk botol semua gelombang elektromagnetik ini dan memindahkannya ke mana anda mahu mereka pergi selain dari di mana anda don â™t. Tempat. Dan mereka akan gembira melewati inti dielektrik yang lezat dari PCB anda, dibuat dari FR4, sehingga ke sisi papan sirkuit, bergembira seperti kelawar kecil mengayun neraka.

Dua pesawat darat anda akan menjadi panduan gelombang yang baik! Mereka akan melompat di antara mereka dalam perjalanan keluar dari papan sirkuit, dan mungkin secara langsung memasuki peralatan pengukuran RF yang digunakan dalam sijil FCC, dan anda akan gagal.

Oleh itu, jarak grid vias yang kita letak lebih ketat daripada panjang gelombang yang paling pendek yang kita perlu bimbang. Tidak kurang dari λ/10, tetapi lebih baik λ/20. Seperti grid di pintu gelombang mikro, botol ini dibungkus terlalu ketat sehingga gelombang ini tidak akan bocor keluar.

Melewati pagar adalah untuk sebab yang sama, tetapi biasanya kerana kita sebenarnya cuba untuk radiasi beberapa gelombang, tetapi kita mahu botol mereka sehingga mereka boleh melarikan diri melalui beberapa jenis fitur antena atau apapun cara yang kita mahu. Dalam keadaan biasa, pagar juga boleh digunakan sebagai bahagian luar panduan gelombang, jika anda mahu, ia juga boleh seperti kabel koaksial rata. Selain saiz pelepasan yang diperkirakan dengan berhati-hati bagi microstrip, ruang juga penting.

Bagaimanapun, jawapan terakhir kepada soalan anda: semua penapis ini adalah untuk terus bergetar.