Teknik PCB - Sirkuit GCPW dilaksanakan pada frekuensi gelombang milimeter

Sirkuit GCPW dilaksanakan pada frekuensi gelombang milimeter

Dengan pembangunan cepat teknologi komunikasi modern, sumber spektrum dalam frekuensi rendah dan band frekuensi mikrogelombang semakin habis, dan lebih dan lebih aplikasi tanpa wayar berkembang ke frekuensi gelombang milimeter (mmWave) yang lebih tinggi. Contohnya, aplikasi seperti komunikasi sel tanpa wayar generasi kelima (5G) dan sistem bantuan pemacu maju (ADAS) semua menggunakan band frekuensi di atas 24 GHz. Namun, kuasa isyarat biasanya menurun semasa frekuensi meningkat. Oleh itu, teknologi sirkuit gelombang milimeter mesti menggunakan kuasa isyarat yang wujud secara penuh semasa mengurangkan kerugian isyarat. Menjaga kuasa isyarat dalam sirkuit gelombang milimeter tidak hanya bergantung pada bahan papan sirkuit cetak (PCB), tetapi juga pada pilihan teknologi garis trasmis. Jika faktor pengaruh dalam bentuk sirkuit dan proses pembuatan dipertimbangkan sepenuhnya, maka garis penghantaran panduan gelombang koplanar (GCPW) berdasar pada frekuensi gelombang milimeter dan penggunaan bahan PCB kerugian rendah boleh mencapai prestasi sirkuit yang baik.

Berbanding dengan teknologi garis penghantaran frekuensi tinggi lain (seperti: garis garis, garis garis mikro), teknologi sirkuit GCPW mempunyai keuntungan alami, terutama pada frekuensi gelombang milimeter. Struktur GCPW mudah dan jelas: garis penghantaran aras atas mengadopsi struktur "ground-signal-ground (GSG)", lapisan tengah adalah lapisan dielektrik satu lapisan, lapisan bawah adalah lapisan tanah, dan lapisan atas dan bawah tanah disambungkan dengan dilapis melalui lubang (PTH). Walaupun GCPW tidak sesuai dengan struktur sederhana garis microstrip, GCPW jauh lebih mudah daripada garis strip (dengan lapisan dielektrik di atas dan bawah). Berbanding dengan GCPW, walaupun struktur garis microstrip adalah mudah, ia akan meningkatkan kehilangan pada frekuensi gelombang milimeter. Pada frekuensi gelombang milimeter, sirkuit garis transmisi microstrip lebih mudah untuk radiasi tenaga ke dunia luar daripada sirkuit GCPW, terutama dalam sirkuit dan penyamaran yang ditetapkan dengan ketat, terdapat gangguan potensi dan masalah elektromagnetik (EMC).

Namun, aplikasi prestasi akhir GCPW juga perlu memahami kesan sirkuit dalam proses sebenar, kerana apabila menggunakan pelbagai perisian membantu komputer (CAE) untuk simulasi sirkuit GCPW, tetapan parameter ciri-ciri bahan hampir ideal. Oleh itu, faktor-faktor ini boleh menyebabkan perbezaan tertentu antara hasil simulasi perisian dan hasil pengukuran sebenar sirkuit GCPW yang sebenarnya diproses, terutama untuk desain sirkuit gelombang milimeter volum tinggi.

Walaupun sebelum sirkuit diproses, perubahan kecil dalam bahan PCB akan mempengaruhi prestasi sirkuit GCPW, terutama pada panjang gelombang kecil frekuensi gelombang milimeter, dan panjang gelombang sangat sensitif kepada perubahan ini. Contohnya, perubahan dalam tebal bahan dielektrik dan tebal konduktor akan menyebabkan perubahan dalam prestasi GCPW pada frekuensi gelombang milimeter. Kekerasan permukaan dalam konduktor tembaga juga mempengaruhi prestasi GCPW, dan mana-mana lapisan plating lain (seperti lapisan plating PTH yang digunakan untuk membuat sirkuit GCPW) juga akan mempengaruhi prestasi GCPW.

Perubahan proses

Walaupun teknologi garis transmisi GCPW sangat sesuai untuk produksi sirkuit PCB dengan konsistensi tinggi pada frekuensi gelombang milimeter, ia masih perlu digunakan bersama dengan bahan papan sirkuit kepercayaan tinggi (seperti konstan dielektrik Dk, faktor kehilangan Df). Selain itu, teknologi pemprosesan sirkuit gelombang milimeter mesti boleh diulang untuk memastikan sirkuit boleh menyimpan konsistensi yang baik dalam produksi massa. Perubahan dalam teknologi pemprosesan boleh menyebabkan perubahan dalam prestasi PCB. Contohnya, lokasi PTH yang digunakan untuk menyambungkan dua pesawat tanah dalam sirkuit GCPW mungkin berbeza dari sirkuit ke sirkuit, dan perbezaan kecil ini juga akan menjadi penyebab perubahan prestasi.

Bentuk konduktor GCPW boleh berbeza dari sirkuit ke sirkuit, yang menyebabkan perbezaan prestasi antara sirkuit GCPW yang dibuat. Apabila memmodelkan konduktor foil tembaga, perisian simulasi CAE biasanya menganggapnya sebagai bentuk konduktor ideal (segiempat dari paparan salib-seksyen). Dan gunakan ini sebagai dasar untuk meramalkan tahap prestasi sirkuit tertentu. Namun, dalam proses sebenar, kebanyakan konduktor permukaan sirkuit GCPW diproses menjadi bentuk trapezoidal, dan konduktor sirkuit berbeza mempunyai darjah tertentu perubahan. Perubahan dalam konduktor ini akan menyebabkan perubahan dalam prestasi elektrik litar GCPW, terutama kesan pada kerugian penyisihan dan sudut fasa isyarat, dan kesan perubahan tersebut akan meningkat dengan meningkat frekuensi.

Kerana perbezaan antara konduktor sebenar dan konduktor ideal, terdapat perbezaan antara aras prestasi sirkuit sebenar (konduktor adalah trapezoidal selepas pemprosesan) dan sirkuit ideal (segitiga). Bila panjang gelombang isyarat yang sepadan menjadi lebih kecil pada frekuensi gelombang milimeter, ia sangat sensitif kepada sirkuit. konduktor litar ideal mencerminkan perubahan yang paling kecil dalam konstan dielektrik efektif dan tindak balas fase relatif litar, sementara proses penghasilan PCB piawai tidak dapat dihindari mempunyai perubahan kecil. Ralat, yang juga boleh menyebabkan perubahan prestasi antara sirkuit.

Selain itu, litar GCPW mempunyai jumlah yang berbeza sambungan mengikut ketepatan ruang dinding sisi dalam struktur GSG. Secara umum, konduktor yang lebih dekat bersama menghasilkan pasangan yang lebih ketat. Berbanding dengan garis penghantaran GCPW yang terpasang lancar, litar GCPW yang terpasang ketat mempunyai ketepatan semasa yang lebih besar di dinding sisi konduktor koplanar. Sirkuit GCPW yang terpasang dengan lancar kurang sensitif kepada perubahan proses penghasilan sirkuit kerana mereka tidak dapat mendapatkan tanah tambahan dan bertindak seperti sirkuit garis transmisi microstrip.

Setiap bahan papan sirkuit yang digunakan untuk menghasilkan plat sirkuit GCPW gelombang milimeter, seperti RO3003 ⢢ laminat dari Rogers Corporation (Dk paksi z ialah 3.00±0.04, Df pada 10 GHz ialah 0.0010), dan permukaan foil tembaga (foil tembaga dan dielektrik Kekasaran persimpangan lapisan) akan mempengaruhi prestasi sirkuit yang dibuat pada bahan ini, - terutama dalam frekuensi yang lebih tinggi (seperti frekuensi gelombang milimeter) dan sirkuit yang lebih tipis. Permukaan foil tembaga kasar akan menyebabkan kerugian penyisipan sirkuit ini meningkat dan kelajuan fasa isyarat memperlambat. Kehilangan penyisipan konduktor juga dipengaruhi oleh lebar relatif konduktor foli tembaga dan tebal konduktor. konduktor yang lebih luas akan menunjukkan kurang kehilangan, dan konduktor yang lebih tebal akan menyebabkan garis penghantaran GCPW menggunakan lebih banyak udara (dengan nilai unit Dk yang lebih rendah) dan dihantar dengan kehilangan yang lebih rendah. Sudah tentu, bahan sirkuit dengan nilai Dk yang lebih tinggi juga akan membawa kelajuan fasa yang lebih lambat.

Plating logam

Menyebabkan mana-mana jenis sirkuit GCPW akan melibatkan elektroplating bahan PCB. Contohnya: apabila dilakukan melalui metalisasi, beberapa lubang akan dibuang dalam bahan papan sirkuit, dan dinding lubang akan elektroplat dengan lapisan tembaga untuk menyadari kondukti antara lapisan atas dan bawah tanah. Dalam proses ini, lapisan atas dan bawah tersambung. Lapisan tembaga PCB tidak dapat dihindari akan dilapisi dengan lapisan tembaga lagi. Selain itu, perlengkapan logam boleh dilakukan lagi pada litar GCPW untuk membentuk lapisan perlengkapan permukaan terakhir dan melindungi konduktor tembaga. konduktiviti logam yang digunakan untuk elektroplating rawatan permukaan biasanya lebih rendah daripada rawatan tembaga, yang akan meningkatkan kehilangan konduktor dan menyebabkan peningkatan kehilangan penyisihan; Selain itu, permukaan penutup ini juga akan mempengaruhi tindak balas fasa, jadi kesan ini diperlukan pada frekuensi gelombang milimeter. Dipertimbangkan.

Terikat akan ada perbezaan antara keputusan simulasi perisian komputer dan keputusan pengukuran sirkuit GCPW gelombang milimeter yang sebenarnya diproses. Salah satu kunci untuk produksi massa yang berjaya bagi sirkuit GCPW gelombang milimeter adalah untuk minimumkan pelbagai perubahan ralat melalui ciri-ciri materi khusus dan ciri-ciri sirkuit khusus. Dengan memahami bagaimana bahan papan sirkuit dewasa (seperti RO3003 laminat) akan terpengaruh oleh proses penghasilan GCPW yang berbeza, ia adalah mungkin untuk menetapkan standar toleransi prestasi produksi yang bermakna. Oleh itu, walaupun untuk litar ADAS gelombang milimeter 77 GHz, hasil tinggi boleh dicapai.