СВЧ технология - как будут влиять на проектирование PCB слепое отверстие 5G и утопленное отверстие?

PCB - ядро каждого электронного устройства. его значение не только в том, что он позволяет электрическое соединение между различными компонентами, Кроме того, у него есть цифровые и Аналоговые сигналы, high-frequency data transmission signals, шнур. With этот introduction of 5G technology, этот проводить слепой лист через платы и зарывать factory tells you what new needs and requirements PCB needs to meet?

по сравнению с 4G, the upcoming large-scale deployment of 5G networks will force designers to rethink the PCB design of mobile, сеть предметов, and telecommunications equipment. 5G networks will have the characteristics of high speed, широкополосная широкополосная и низкая задержка, все это требует тщательной разработки PCB для поддержки новых высокочастотных характеристик.

по сравнению с сетью 4G мобильные технологии пятого поколения обеспечат 10 - 20 - КРАТНУЮ скорость передачи (до 1гбит / с), 1000 - КРАТНУЮ плотность потока и 10 - кратное подключение на квадратный километр. 5G сеть также спроектирована для обеспечения задержки в 1 миллисекунда, в 10 раз быстрее, чем сеть 4G, и работает в более широком диапазоне частот. PCB должен одновременно поддерживать скорость и частоту данных, значительно превышающие нынешние темпы обработки данных, и доводить до предельного уровня проектирование смешанных сигналов. Хотя рабочие частоты сети 4G ниже пороговых значений для 6GHz (от 600MHz до 59252GHz), сеть 5G повысит частотный предел до диапазона миллиметровых волн (MMWave) с концентрацией в 26 GHz, 30GHz и 77 GHz.

использование диапазонов частот EHF (ОВЧ) является одной из наиболее сложных проблем, с которыми сталкиваются конструкторы PCB при использовании технологии 5G. миллиметровые волны распространяются только в виде глаз, и они сильно затухают по дороге, когда они сталкиваются с зданиями, листьями или плохими погодными условиями (например, дождями или сыростью). Поэтому для поддержки сети 5G потребуется больше базовых станций. для поддержания столь большого числа частот требуется несколько фазерных антенн, поддерживающих передовые 5G функции, такие как формирование луча.

Therefore, the глухой щит tells you that whether it is on a mobile device or a base station, we will have a PCB that integrates a large number of antenna array units (AAU) and extensively uses massive MIMO technology. на рис., мы видим прототип оборудования 5G, разработанный ведущей компанией по проектированию модемов Soc и Telecommum несколько лет назад.. Three active antennas, громкость очень мала, able to manage the frequencies required by the 5G standard, & Очистить видимость сверху и справа PCB.

Figure 1: 5G mobile device prototype (source: Qualcomm)

Помимо частоты, другой важной проблемой является пропускная способность каждого канала. Хотя в сети 4G полоса частот канала установлена на уровне 20MHz (сетевое устройство ограничено 200kHz), в сети 5G для частот ниже 6GHz ее значение устанавливается на уровне 100 МГц, а для частот выше 6GHz - на уровне 400мгц. Хотя на рынке уже есть модемы и радиочастотные компоненты, которые могут поддерживать эти спецификации, выбор наиболее подходящего материала будет основой для проектирования PCB. Поскольку передняя часть радиочастот будет непосредственно интегрирована в PCB, потребуется материал с очень низкой потерей диэлектрической передачи и высокой теплопроводностью. для частот, превышающих 6 ГГц, материалы, используемые для производства PCB, должны быть адаптированы к специальным базисам диапазона частот миллиметровых волн.

5G применение PCB сконструировано исключительно для управления высокоскоростными и высокочастотными смешанными сигналами. Помимо Стандартных правил, касающихся конструкции высокочастотных сигналов PCB, необходимо также надлежащим образом отбирать материалы для предотвращения потери мощности и обеспечения целостности сигналов. для выполнения требований FCC и EMC, Эми может появиться между частью имитации сигналов и частью обработки цифровых сигналов. двумя параметрами, выбранными в руководстве, являются коэффициент теплопроводности и коэффициент теплоты диэлектрической проницаемости, которые описывают изменение диэлектрической константы (обычно на ppm / Цельсия). Очевидно, что базовая плита с высокой теплопроводностью является более предпочтительной, поскольку она позволяет легко распространять тепло, получаемое от агрегатов. термокоэффициент диэлектрической константы является не менее важным параметром, так как изменение диэлектрической константы приведет к дисперсии, которая расширит цифровой импульс, изменит скорость распространения сигнала, а в некоторых случаях - к отражению сигнала вдоль линии передачи.

важную роль играет также геометрия PCB, where geometry means laminate thickness and transmission line characteristics. По первому пункту, it is necessary to choose a laminate thickness that is usually between 1/4 и 1/8 of the wavelength of the highest operating frequency. Если слой слишком тонкий, resonance may occur, Он может распространяться даже по проводникам. о линии электропередачи, it is necessary to decide which type of conductor to use: microstrip, полосчатая линия, or grounded coplanar waveguide (GCPW). микрофильм может быть наиболее распространенным, but they have problems with radiation loss and spurious mode propagation above 30 GHz. ленточная линия также является эффективным решением, но их очень трудно изготовить, поэтому цена выше.. In addition, необходимо использовать микропористость для соединения ленты с верхним слоем. GCP - Хороший выбор, Но они дают более высокие потери проводимости, чем микрополоски и полосы. выбор материала, the designer should follow the general rules applicable to высокочастотный PCB дизайн: использовать как можно более короткие траектории, and check the width and distance between the traces to keep the impedance of all interconnections

constant. Ниже приводятся некоторые полезные рекомендации или советы по проектированию PCB для приложений 5G:

выбор материала с низкой диэлектрической проницаемостью (ДК): поскольку потери Dk пропорционально возрастают, необходимо выбрать материал с наименьшей диэлектрической проницаемостью;

используйте небольшое количество интерцепторов: большинство из них имеют высокую влагосодержащую способность. если это произойдет, то в цепи могут возникнуть большие потери;

использование полностью гладких медных проводов и плоских схем: глубина скинии тока на самом деле обратно пропорциональна частоте, поэтому на печатных платах, имеющих высокочастотные сигналы, находится очень мелко. нерегулярные поверхности меди обеспечат нерегулярные пути тока и увеличивают потери сопротивления;

Целостность сигналов: ВЧ является одной из наиболее трудных задач сети радиодатчиков конструктор интегральных схем. для максимизации меня/O, high-density interconnect (HDI) requires thinner tracks. This factor can cause signal attenuation, приводить к дальнейшим убыткам. These losses have an adverse effect on the transmission of radio frequency signals, может задержаться на несколько миллисекунд, which in turn causes problems in the signal transmission chain. поле высокой частоты, signal integrity is almost entirely based on checking impedance. The disadvantage of traditional PCB manufacturing processes, вычитание, is that it produces tracks with a trapezoidal cross-section (compared to the vertical angle perpendicular to the track, the angle is usually between 25 and 45 degrees). These cross sections change the impedance of the track itself and severely limit 5G applications. Однако, this problem can be solved by using mSAP (semi-additive manufacturing process) technology, позволяет создавать более точные траектории и определять геометрию траектории с помощью методов фотолитографии. На диаграмме 2, we can see the comparison of the two manufacturing processes.

Рисунок 2: традиционное вычитание и процесс MSAP

автоматическая проверка: PCB для высокочастотных приложений требует автоматической проверки, включая оптику (АОИ) или ATE. Эти программы могут значительно улучшить качество продукции, высветить возможные ошибки или неэффективность в цепи. Последние события в области автоматической проверки и тестирования PCB значительно Сэкономили время и сократили расходы на ручную проверку и тестирование. Использование новых технологий автоматической проверки поможет решить проблемы, связанные с 5G, включая глобальное управление сопротивлением в высокочастотных системах. все более широкое применение автоматизированных методов проверки также может обеспечить равномерную производительность и высокую производительность