Teknik PCB - Proses kabel frekuensi tinggi dan pemilihan bahan papan PCB

1. Lebar garis penghantaran

Rancangan lebar garis penghantaran PCB papan frekuensi tinggi perlu berdasarkan teori sepadan impedance.

Apabila input, output impedance dan garis impedance penghantaran sepadan, kuasa output sistem adalah yang terbesar (total kuasa isyarat adalah yang paling kecil), dan refleksi input dan output adalah yang paling kecil. Untuk sirkuit gelombang mikro, desain yang sepadan impedance juga perlu mempertimbangkan titik operasi peranti. Via garis isyarat akan menyebabkan perubahan dalam karakteristik penghantaran impedance. Garis isyarat logik TTL dan CMOS mempunyai impedance karakteristik tinggi, dan kesan ini diabaikan. Namun, kesan ini perlu dipertimbangkan dalam sirkuit frekuensi tinggi rendah seperti 50 ohms, dan ia secara umum diperlukan garis isyarat tidak mempunyai vias.

2. Crosstalk antara garis penghantaran

Apabila jarak antara dua garis garis microstrip paralel sangat kecil, sambungan berlaku, menyebabkan saling bercakap antara garis dan mempengaruhi keterlaluan karakteristik garis penghantaran. Perhatian istimewa perlu diberikan kepada 50 ohm dan 75 ohm sirkuit frekuensi tinggi, dan tindakan perlu diambil dalam desain sirkuit. Ciri-ciri sambungan ini juga digunakan dalam desain sirkuit sebenar, seperti pengukuran kuasa penghantaran telefon bimbit dan kawalan kuasa. Analisis berikut adalah sah untuk sirkuit frekuensi tinggi dan garis data kelajuan tinggi (jam) ECL, dan mempunyai nilai rujukan untuk sirkuit isyarat mikro (seperti sirkuit penyampai operasi ketepatan).

Anggap darjah sambungan antara garis adalah C, dan saiz C berkaitan dengan εr, W/d, S, dan panjang garis selari L. Semakin kecil jarak S, semakin kuat sambungan; semakin lama L, semakin kuat sambungan. Untuk meningkatkan pengetahuan perceptif, misalnya: gunakan karakteristik ini untuk membuat pasang arah 50 ohm. Seperti pemampat kuasa stesen as as frekuensi PCS 1.97GHz, di mana d=30 mil, εr=3.48:

Saiz PCB pemasang arah 10dB: S=5mil, l=920mil, W=53mil

Saiz PCB pasang arah 20dB: S=35mil, l=920mil, W=62mil

Untuk mengurangkan perbualan salib antara garis isyarat, cadangan berikut diberikan:

A. Jarak S antara garis isyarat selari data frekuensi tinggi atau kelajuan tinggi adalah lebih dari dua kali lebar garis.

B. Minimumkan panjang selari antara garis isyarat.

C. Menghindari sumber gangguan kuat seperti bekalan kuasa dan garis isyarat logik untuk isyarat kecil frekuensi tinggi dan isyarat lemah.

3. Analisis elektromagnetik vias tanah

Walaupun pin peranti IC ditanda atau komponen lain yang melawan ditanda, pendanda melalui diperlukan untuk berada sebanyak mungkin pada pin dalam sirkuit frekuensi tinggi. Keadaan gelombang berdiri dipaparkan dalam Figur 3.

Kerana wayar tanah sangat pendek, garis transmisi tanah sama dengan impedance induktif (perintah n-pH), dan tanah melalui juga kira-kira sama dengan impedance induktif, yang mempengaruhi kesan penapisan isyarat frekuensi tinggi. Inilah sebabnya kunci tanah yang paling dekat dengan pins. Untuk mengurangi muatan induktif garis trasmis, litar mikrogelombang memerlukan lebih dari satu melalui lubang pada pin tanah, yang sama dengan meningkatkan kemampuan semasa pesawat tanah dalam litar frekuensi rendah untuk memastikan setiap titik tanah sama dengan 0 aras.

4. Penapis kuasa

Untuk mengurangi pengaruh logik isyarat pada bekalan kuasa (overshoot) dalam sirkuit TTL dan CMOS, kondensator penapis ditambah berhampiran pins bekalan kuasa. Namun, ia tidak cukup untuk hanya mengambil tindakan seperti dalam sirkuit frekuensi tinggi dan microwave. Berikut mengambil proses penghasilan sebagai contoh untuk memperlihatkan gangguan isyarat frekuensi tinggi pada bekalan kuasa.

Sinyal frekuensi tinggi kedua-dua kaedah ini menghasilkan gangguan frekuensi tinggi kepada bekalan kuasa dan mempengaruhi sirkuit fungsi lain. Selain pin bekalan kuasa dan kondensator penapis, induktor siri juga diperlukan untuk menekan gangguan frekuensi tinggi. Pemilihan induksi siri berkaitan dengan frekuensi operasi. Asas ialah jika pin bekalan kuasa penapis gangguan frekuensi tinggi di atas 1M, di mana C=0.1uF, pilih induktan L=1uH. Sila berhati-hati bila menambah induktan ke pin isyarat pengumpul-terbuka bekalan kuasa luaran, kerana induktan pada masa ini sama dengan induktan untuk sepadan.

5. Perisai

Dalam rancangan PCB isyarat kecil dan isyarat frekuensi tinggi, tindakan perisai patut diambil untuk mengurangkan gangguan isyarat besar (seperti aras logik) atau mengurangkan radiasi elektromagnetik isyarat frekuensi tinggi. seperti:

A. Dalam rancangan PCB isyarat kecil-frekuensi digital dan analog rendah (kurang dari 30MHz), selain membahagi tanah digital dan tanah analog, juga perlu meletakkan tanah di kawasan wayar isyarat kecil, dan jarak antara tanah dan garis isyarat lebih besar daripada lebar garis.

B. Dalam rancangan PCB sinyal-kecil frekuensi tinggi digital dan analog, juga perlu menambah penutup perisai atau melancarkan tanah melalui tindakan isolasi dalam bahagian frekuensi tinggi.

C. Dalam rancangan PCB isyarat-besar frekuensi tinggi, bahagian frekuensi-tinggi perlu direka dengan modul fungsi independen dan kotak perisai ditambah untuk mengurangkan radiasi luaran isyarat-frekuensi tinggi. Seperti modul penerima serat optik 155M, 622M, 2Gb/s.

Bentangan PCB berbilang-lapisan (Nokia 6110), peranti kedudukan dua sisi, reka PCB telefon bimbit seperti yang dipaparkan dalam Figur 5.

Contoh pemilihan papan PCB profil tinggi

Di bawah kita mengambil PCB frekuensi tinggi (mikrogelombang) yang kami direka dan nyahpepijat sebagai contoh untuk memperlihatkan pemilihan plat.

(1) Pemilihan papan relai mikrogelombang digital spektrum penyebaran 2.4GHz

Strukturnya termasuk antaramuka digital 2M, penghapusan spektrum 20M, modulasi frekuensi sementara 70M dan papan demodulasi. Kami menggunakan papan FR4, papan PCB empat lapisan, lantai kawasan besar, bahagian analog frekuensi tinggi bekalan kuasa diizolasi dari bahagian digital oleh sekejap induktan.

Penerima frekuensi radio 2.4GHz mengadopsi panel ganda F4, penerima dilindungi oleh kotak logam, dan input kuasa ditapis.

(2) Penerima frekuensi radio 1.9GHz

diantara mereka, penyembah kuasa mengadopsi helaian PTFE dan papan PCB dua sisi; penerima frekuensi radio mengadopsi helaian PTFE dan papan PCB empat lapisan. Semua mengadopsi tindakan pembatasan kawasan besar dan pengizolan penyamaran modul berfungsi.

(3) Pemindah frekuensi tengah 140MHz

Lapisan atas dibuat dari papan S1139 0.3mm, yang disebarkan di atas kawasan besar dan dipisahkan melalui lubang.

(4) Penerima frekuensi tengah 70MHz

Menggunakan papan FR4, papan PCB empat lapisan. Jalan tanah dalam kawasan besar, dan tali pinggang pengasingan modul berfungsi diizoli oleh siri lubang melalui.

(5) Penampilkan kuasa 30W

Guna papan RO4350, papan PCB dua sisi. Meletakkan tanah dalam kawasan besar, dengan keterangan ruang yang lebih besar atau sama dengan lebar garis 50 ohm, dilindungi oleh kotak logam, dan ditapis pada hujung input bekalan kuasa.

(6) Sumber frekuensi gelombang mikro 2000MHz

Menggunakan helaian S1139 tebal 0.8 mm, papan PCB dua sisi.