Elektronik tasarım - Yüksek hızlı PCB tasarımı: PCB tahtasının doğru seçimi

Dijital sistemlerin hızlı gelişmesi ile, önceden anlamsız olarak kabul edilen transmis hattı kaybıyla şimdi PCB tasarımının ilk endişesi haline geliyor. Saat frekansiyesi 1GHz'den yüksek olduğunda, frekans bağlı transmis kaybının etkisi gerçekten gerçekten oluştu, özellikle yüksek hızlı SerDes arayüzü, sinyalin çok hızlı yükselmesi zamanı vardır ve dijital sinyal kendi tekrarlama frekansiyesinden daha yüksek frekans enerjisini taşıyabilir. Bu yüksek frekans enerji komponentleri ideal hızlı dönüştürücü dijital sinyalleri inşa etmek için kullanılır. Bugün yüksek hızlı seri otobüsleri saat hızının 5. harmoniğinde büyük bir miktar enerji konsantrasyonu vardır.

Yüksek hızlı dijital uygulamalar var, 10 Gbit/s veya daha yüksek hızlı. Bu uygulamalar 5 GHz ve 15 GHz, 25 GHz ve benzer harmonik frekansları kullanır. Bu frekans menzilinde, en yaygın PCB materyalleri dielektrik kaybında çok önemli farklılıklar var ve ciddi sinyal integritet sorunlarına sebep ediyor. Bu, yüksek hızlı dijital PCB'lerin yüksek frekans uygulamaları için tasarlanmış özel plakalar kullanmasının bir sebebi. Bu maddelerin formülasyonunda düşük kaybetme faktörü var ve geniş frekans menzilinde minimal değişiklikleri var. Bu plakalar geçmişte yüksek frekans RF uygulamalarında sık sık kullanılır ve şimdi de 77 GHz ve yüksek uygulamalarda kullanılır. Diyelektrik kaybetme faktörlerinin geliştirilmesine de bu plakalar da ciddi kalın kontrolü ve Dk kontrolü ile birleştirildir. Bu sinyal tamamını sağlamak için daha iyi.

2019. Taipei Bilgisayar gösterisinde, AMD üçüncü nesil Ryzen Ryzen işlemcisini yayınladı. AMD'nin 7 nanometre CPU'nun performansına rağmen, Intel'i bastırmaya başladı. Onun destekleyen X570 çipsi de PCIe 4.0 için destek ortaya çıktı. PCIe 4.0 NVMe SSDs de pazara girmeye başladı ve PCIe 5.0 belirlenmesi iki yıl sonra yayınlanacağını bekliyor.

PCIe 5.0'nin veri hızı korkunç 32GT/s'e ulaşacak ve frekans ile ilgili giriş kaybını arttıracak. Seçilen PCB materyali her bölgeden girmesine büyük bir etki yaratacak.

Eğer hızlı sinyal üzerinde kurulun etkisi PCB tasarımında düşünülmezse eski sürücü de arabayı geri çevirecek!

PCB tahtasını seçtiğinde, PCB tasarım talepleri, kütler üretimi ve maliyeti arasında bir denge yapmak gerekir. Basit olarak tasarım gerekçeleri elektrik ve yapısal güvenilir dahil ediyor. Genelde tahta problemi çok hızlı PCB tahtalarını tasarladığında daha önemlidir (GHz'den daha büyük frekans). Örneğin, genelde kullanılan FR-4 materyalinin birkaç GHz'in frekansında büyük dielektrik kaybı Df (Dielectricloss) vardır. Bu da uygulamayabilir.

Yüksek hızlı dijital devrelerin operasyon hızı PCB seçiminde düşünülen ana faktördür. Seçilen PCB'nin Df değerini daha yüksek, devre hızı daha küçük. Orta ve düşük kaybıyla daire tahtaları 10Gb/s dijital devreler için uygun olacak; düşük kaybedenler 25Gb/s dijital devreler için uygun; Yüksek düşük kaybedenler hızlı hızlı dijital devreler için uygun olacak ve oran 50Gb/s veya daha yüksek olabilir.

Df maddelerinden:

0.01～0.005 devre tahtası arasındaki Df 10Gb/S dijital devre için uygun;

Df 0.005～0.003 arasında, devre tahtasının uygun üst sınırı 25Gb/S dijital devre.

Df'in 0,0015'den fazla olmayan devre tahtası 50Gb/S veya daha yüksek hızlı dijital devreler için uygun.

Yüksek hızlı PCB için, materyal seçim ve tasarım tasarımında sinyal transmisi kaybını azaltma gerektiğini ve sinyal integritet ihtiyaçlarına uygun olup olmadığını düşünmek gerekir.

PCB iletişim kaybı genellikle dielektrik kaybı, yönetici kaybı ve radyasyon kaybından oluşur.

Yüksek frekans sinyali sürücüden PCB'deki alıcıya uzun bir transmis hattı boyunca gönderildiğinde, dielektrik maddelerin kaybı faktörü sinyal üzerinde büyük bir etkisi var. Büyük dağıtım faktörü daha yüksek dielektrik absorbsyonu anlamına gelir. Büyük kaybetme faktörleri olan materyaller uzun transmis hatlarının yüksek frekans sinyallerine etkileyecek. Diyelektrik absorbsyon yüksek frekans yükselmesini arttırır.

PCB için en sık kullanılan dielektrik materyali FR-4, epoksi resin bardak laminatı kullanır ve bu süreç şartlarının ihtiyaçlarına uyabilir. FR-4'nin εr 4,1 ve 4,5 arasında. GETEK hızlı devre tahtaları için kullanılabilecek başka bir materyaldir. GETEK 3.6 ile 4.2 arasında εr ile epoksi resin (polyfenil ether) ile oluşur.

İşçi kaybı

Material üzerinden yük akışı enerji kaybına sebep olur. Dışarıdaki mikrostrip çizginin yöneticisi ve iç çizginin kaybı iki parçaya bölünebilir: DC ve AC kaybı. Buradaki doğru akışı 1MHz altında bir devre. DC kaybı genelde yüksek hızlı devre tasarımı için uygun değilse de, dirençlik düşürmesi çoklu nokta sistemlerin lojik seviyesi ve sesli toleransı (SODIMM DDR3/4 adresi ve komuta kontrol otobüs sürücüsü gibi) kapılacak. Ancak gemide hafıza genelde 3 santimden az bir sinyal kablo uzunluğu vardır. Bu nedenle, bu sorun işaretlenmiyor.

Tipik 5 mil genişliğinde, 1,4 mil kalın (1oz bakır), 1 inç uzun devre için sinyal yolunun dirençliği genelde DC gücü uygulandığında 0,1 ohm/inç olur. Bakar ve diğer metallerin çoğu dirençliği, frekans 100 GHz'e yaklaşana kadar sürekli. Herhangi bir durumda, yöneticinin frekans bağımlığını tetikleyen deri etkisi.

Dönüştürücü akışının frekans bağımlılığı yüzünden dirençli veya etkileyici yönetici kaybı var. Daha düşük frekanslarda, bazı PCB tasarımcıları direkt akışı ile direkt akışı gibi direkt olduğunu düşünüyorlar, fakat frekans arttığı gibi, transmis hattındaki karışık bölümü ve referens yüzeyi eşit ve yöneticinin dışına taşınıyor. Deri etkisi yüzünden, akışı bakın dışındaki yüzeyine girmek zorunda, bu yüzden kaybı büyük arttırır. Şimdiki dağıtımın yeniden dağıtımı dirençliği arttırır ve birim uzunluğu boyunca coil induktansını azaltır. Frekans 1GHz'den fazla yükseldiğinde, dirençlik artmaya devam ediyor, ve soyun etkisi sınır değerine ulaşır ve dış bir etkisi olur. Frekansiyonun yüksekliğinde, yöneticinin dışındaki yüzeyinde akışmak için akışın yüksekliğinde. AC direksiyonu, frekans bir noktaya kadar yükselene kadar DC direksiyonuna yaklaşık olarak eşit kalacak, yani deri derinliği yöneticinin kalınlığından az olduğu zaman.