Teknik PCB - Sevev of High Speed PCB Design Guide: How to Reduce RF Effect in PCB Interconnect Design

Perhubungan sistem papan sirkuit termasuk tiga jenis persahabatan antara cip ke papan sirkuit, persahabatan dalam papan PCB, dan PCB dan peranti luar. Dalam rancangan RF, karakteristik elektromagnetik di titik sambungan adalah salah satu masalah utama yang dihadapi oleh rancangan teknik. Artikel ini memperkenalkan berbagai teknik bagi tiga jenis desain sambungan yang disebut atas. Kandungan melibatkan kaedah pemasangan peranti, pengasingan kabel dan tindakan untuk mengurangkan induktan lead. dan banyak lagi.

Pada masa ini, terdapat tanda bahawa frekuensi desain papan sirkuit cetak semakin tinggi. Bila kadar data terus meningkat, lebar band yang diperlukan untuk penghantaran data juga mempromosikan had atas frekuensi isyarat ke 1GHz atau lebih tinggi. Walaupun teknologi isyarat frekuensi tinggi ini jauh di luar julat teknologi gelombang milimeter (30GHz), ia juga melibatkan teknologi RF dan mikrogelombang akhir rendah.

Kaedah reka reka-reka RF mesti mampu menghadapi kesan medan elektromagnetik yang lebih kuat yang biasanya dijana pada band frekuensi yang lebih tinggi. Medan elektromagnetik ini boleh mengakibatkan isyarat pada garis isyarat atau garis PCB bersebelahan, menyebabkan percakapan salib yang tidak menyenangkan (gangguan dan bunyi keseluruhan), dan boleh merusak prestasi sistem. Kehilangan kembalian terutama disebabkan oleh ketidaksepadan impedance, dan pengaruh pada isyarat adalah sama dengan pengaruh disebabkan oleh bunyi dan gangguan aditif.

Ada dua kesan negatif kehilangan kembalian tinggi:

1. isyarat yang dikembalikan ke sumber isyarat akan meningkatkan bunyi sistem, membuat lebih sukar bagi penerima untuk membedakan bunyi dari isyarat;

2. Setiap isyarat terrefleks akan pada dasarnya merusak kualiti isyarat kerana bentuk isyarat input telah berubah.

Walaupun sistem digital hanya memproses isyarat 1 dan 0 dan mempunyai toleransi kesalahan yang sangat baik, harmonik yang dijana apabila denyut kelajuan tinggi naik akan menyebabkan frekuensi yang lebih tinggi, semakin lemah isyarat. Walaupun teknologi perbaikan ralat maju boleh menghapuskan beberapa kesan negatif, sebahagian lebar bandwidth sistem digunakan untuk menghantar data yang berlebihan, yang menyebabkan pengurangan prestasi sistem. Solusi yang lebih baik ialah membiarkan kesan RF membantu daripada mengurangi integriti isyarat. Hubungan total kembalian sistem digital pada frekuensi tertinggi (biasanya titik data yang teruk) adalah -25dB, yang sama dengan VSWR 1.1.

Tujuan rancangan PCB lebih kecil, lebih cepat dan lebih rendah. Untuk PCB RF, isyarat kelajuan tinggi kadang-kadang menghapuskan miniaturisasi rancangan PCB. Pada masa ini, kaedah utama untuk menyelesaikan masalah salib adalah mengendalikan pesawat tanah, ruang kawat dan mengurangkan induktan utama (kapasitasi stud). Kaedah utama untuk mengurangi kehilangan kembalian adalah persamaan impedance. Kaedah ini termasuk pengurusan efisien bahan pengisihan dan pengisihan garis isyarat aktif dan garis tanah, terutama antara garis isyarat yang mempunyai negara-negara dan tanah.

Oleh kerana titik sambungan adalah pautan paling lemah dalam rantai sirkuit, dalam rancangan RF, ciri-ciri elektromagnetik di titik sambungan adalah masalah utama yang dihadapi oleh rancangan teknik. Setiap titik sambungan mesti diselesaikan dan masalah yang ada mesti diselesaikan. Perhubungan sistem papan sirkuit mengandungi tiga jenis persahabatan: cip ke papan sirkuit, persahabatan dalam papan PCB, dan input/output isyarat antara PCB dan peranti luar.

Satu, sambungan antara cip dan papan PCB

Pentium IV dan cip kelajuan tinggi yang mengandungi bilangan besar titik sambungan input/output sudah tersedia. Apabila cip itu sendiri berkaitan, prestasinya boleh dipercayai, dan kadar pemprosesan telah dapat mencapai 1GHz. Pada simposium antaramuka GHz (www.az.ww.com) yang paling menarik adalah bahawa kaedah untuk menghadapi nombor dan frekuensi I/O yang semakin meningkat telah diketahui secara luas. Masalah utama sambungan antara cip dan PCB ialah densiti sambungan terlalu tinggi, yang akan menyebabkan struktur asas bahan PCB menjadi faktor yang menghalang pertumbuhan densiti sambungan. Sebuah penyelesaian inovatif diusulkan pada mesyuarat, iaitu, penggunaan penghantar tanpa wayar setempat di dalam cip untuk menghantar data ke papan sirkuit sebelah.

Walaupun skema ini berkesan atau tidak, peserta sangat jelas: Dalam terma aplikasi frekuensi tinggi, teknologi desain IC jauh di depan teknologi desain PCB.

Dua, sambungan papan PCB

Kemampuan dan kaedah untuk desain PCB frekuensi tinggi adalah seperti ini:

1. Sudut garis penghantaran sepatutnya 45° untuk mengurangi kehilangan kembali;

2. Guna papan sirkuit terisolasi prestasi tinggi yang nilai konstan mengisolasi dikawal secara ketat oleh aras. Kaedah ini menyebabkan pengurusan efektif medan elektromagnetik diantara bahan pengasingan dan kawat bersebelahan.

3. Petunjuk yang melambat mempunyai induksi tap, jadi menghindari menggunakan komponen dengan petunjuk. Dalam persekitaran frekuensi tinggi, lebih baik menggunakan komponen lekap permukaan.

4. Untuk vial isyarat, mengelakkan menggunakan proses melalui pemprosesan (pth) pada papan sensitif, kerana proses ini akan menyebabkan induksi lead pada vial. Contohnya, apabila melalui papan 20 lapisan digunakan untuk menyambung lapisan 1 hingga 3, induktan lead boleh mempengaruhi lapisan 4 hingga 19.

5. Untuk menyediakan pesawat tanah kaya. Guna lubang bentuk untuk menyambung pesawat tanah ini untuk mencegah medan elektromagnetik 3D mempengaruhi papan sirkuit.

6. Untuk memilih proses penutup nikel tanpa elektronik atau penutup emas, jangan guna kaedah HASL untuk penutup elektrok. Permukaan elektroplad jenis ini boleh menyediakan kesan kulit yang lebih baik untuk semasa frekuensi tinggi (Figur 2). Selain itu, penutup yang boleh ditempuh sangat memerlukan lebih sedikit petunjuk, yang membantu mengurangi pencemaran persekitaran.

7. Topeng askar boleh mencegah aliran pasta askar. Namun, kerana ketidakpastian ketinggian dan tidak diketahui prestasi isolasi, seluruh permukaan papan ditutup dengan bahan topeng askar, yang akan menyebabkan perubahan besar dalam tenaga elektromagnetik dalam rancangan microstrip. Secara umum, diga askar digunakan sebagai topeng askar.

8. Untuk meningkatkan spesifikasi reka-reka PCB berkaitan dengan pencetakan ketepatan tinggi. Ia diperlukan untuk mempertimbangkan bahawa ralat total lebar baris yang dinyatakan adalah +/-0.0007 inci, potongan bawah dan seksyen salib bentuk wayar sepatutnya dikendalikan, dan syarat penapisan dinding sisi wayar sepatutnya dinyatakan. Pengurusan keseluruhan geometri kawat (wayar) dan permukaan penutup sangat penting untuk menyelesaikan masalah kesan kulit berkaitan dengan frekuensi gelombang mikro dan menyedari spesifikasi ini. Jika anda tidak akrab dengan kaedah ini, anda boleh berkonsultasi dengan seorang jurutera desain yang berpengalaman yang telah terlibat dalam desain papan sirkuit mikrogelombang tentera. Anda juga boleh membincangkan dengan mereka julat harga yang anda boleh membeli. Contohnya, desain microstrip coplanar yang diberi bantuan tembaga lebih ekonomi daripada desain garis strip. Anda boleh membincangkan ini dengan mereka untuk mendapatkan cadangan yang lebih baik. Inginer yang baik mungkin tidak terbiasa untuk mempertimbangkan masalah biaya, tetapi cadangan mereka juga cukup membantu. Sekarang cuba melatih jurutera muda yang tidak dikenali dengan kesan RF dan kurang pengalaman dalam mengendalikan kesan RF. Ini akan menjadi kerja jangka panjang.

Selain itu, penyelesaian lain juga boleh diterima, seperti memperbaiki jenis komputer untuk membolehkan ia mengendalikan kesan RF.

Tiga, PCB dan sambungan peranti luaran

Sekarang ia boleh dianggap bahawa kita telah memecahkan semua masalah pengurusan isyarat di papan dan sambungan komponen terpisah individu. Jadi bagaimana untuk menyelesaikan masalah input/output isyarat dari papan sirkuit ke wayar yang menyambung peranti jauh? Trompeter Electronics, seorang inovator dalam teknologi kabel koaksial, bekerja untuk menyelesaikan masalah ini dan telah membuat beberapa kemajuan penting (Figure 3). Juga, lihat medan elektromagnetik yang diberikan dalam Figur 4. Dalam kes ini, kita menguruskan penukaran dari microstrip ke kabel koaksial. Dalam kabel koaksial, lapisan tanah bersamaan bentuk cincin dan terpisah secara bersamaan. Dalam microstrip, pesawat tanah berada di bawah garis aktif. Ini memperkenalkan kesan pinggir tertentu, yang perlu dipahami, dijangka dan dianggap semasa desain. Sudah tentu, ketidaksepadan ini juga akan menyebabkan kehilangan kembalian, dan ketidaksepadan ini mesti dikurangkan untuk mengelakkan bunyi dan gangguan isyarat.

Pengurusan isu impedance dalam papan sirkuit bukanlah isu desain yang boleh diabaikan. Impedansi bermula dari permukaan papan sirkuit, kemudian melewati kawasan askar ke konektor, dan akhirnya berakhir di kabel koaksial. Oleh kerana impedance berbeza dengan frekuensi, semakin tinggi frekuensi, semakin sukar pengurusan impedance. Masalah menggunakan frekuensi yang lebih tinggi untuk menghantar isyarat melalui band lebar seolah-olah menjadi masalah utama yang dihadapi dalam desain.

Artikel ini mengungkapkan:

Teknologi platform PCB memerlukan peningkatan terus menerus untuk memenuhi keperluan para perancang sirkuit terintegrasi. Pengurusan isyarat frekuensi tinggi dalam rancangan PCB dan pengurusan input/output isyarat pada papan sirkuit PCB memerlukan peningkatan terus menerus. Walaupun inovasi yang menarik akan berlaku di masa depan, saya rasa lebar band akan lebih tinggi dan lebih tinggi, dan penggunaan teknologi isyarat frekuensi tinggi adalah satu syarat untuk menyadari peningkatan terus menerus dalam lebar band ini.