PCB部落格 - 减少PCB互連設計中射頻效應的技巧

本文將介紹設計晶片與板之間3種互連的各種科技, 內部互聯 PCB電路板, 以及PCB和外部設備, 包括設備安裝, 接線隔離, 以及降低引線電感的措施, 等., 幫助設計師减少射頻效應 PCB板 互連設計. 電路板系統的互連包括：晶片到電路板, 內部互聯 PCB板, 和3種類型的互連 PCB板 和外部設備. 射頻設計中, 互連點的電磁特性是工程設計面臨的主要問題之一. 本文介紹了上述3種互連設計的各種科技, 包括設備安裝方法, 接線隔離, 以及降低引線電感的措施等. 目前有迹象表明，印刷電路板設計的頻率越來越高. 隨著資料速率的不斷提高, 資料傳輸所需的頻寬也將訊號頻率的上限推至1 GHz或更高. 這種高頻訊號科技, while well beyond mmWave technology (3.0GHz), 也涉及射頻和低端微波技術. 射頻工程方法必須能够處理通常在更高頻率下發生的更强電磁場效應. 這些電磁場可以在相鄰的訊號線上或 PCB板 踪迹, cause unwanted crosstalk (interference and total noise), 並影響系統性能. 回波損耗主要由阻抗失配引起，對訊號的影響與附加雜訊和干擾相同.

High return losses have two negative effects:
1) The reflection of the signal back to the signal source will increase the system noise, making it more difficult for the receiver to distinguish the noise from the signal;
2) Any reflected signal basically degrades the signal quality because the shape of the input signal changes.
雖然數位系統非常容錯，因為它們只處理1和0, 當高速脈衝上升時產生的諧波會導致更高頻率下的訊號較弱. 雖然前向糾錯科技可以消除一些負面影響, 部分系統頻寬用於傳輸冗餘數據, 導致系統性能降低. 更好的解決方案是讓射頻效應有助於而不是降低信號完整性. The recommended total return loss at digital system frequencies (usually poor data points) is -25dB, 這相當於電壓駐波比為1.1. 的目標 PCB板 設計要更小, 更快、更便宜. 對於RFPCB板s, 高速訊號有時會限制 PCB板 設計. 現時, 串擾問題的主要解決方案是地平面管理, 軌跡間距和减少引線電感. 减少回波損耗的主要方法是通過阻抗匹配. 該方法包括有效管理絕緣材料和隔離有源訊號線和地線, 尤其是在發生狀態轉換的訊號線和接地之間. 因為互連點是電路鏈中的薄弱環節, 射頻設計中, 互連點的電磁特性是工程設計面臨的主要問題, 應檢查每個互連點，並解决存在的問題. 電路板系統的互連包括3種類型的互連, 例如晶片到電路板, PCB內的互連, 和訊號輸入/PCB和外部設備之間的輸出.

1. 晶片和 PCB板
具有大量輸入的奔騰IV和高速晶片/輸出互連點已可用. 就晶片本身而言, 其性能可靠, 並且處理速度已經能够達到1GHz. 近GHz互連研討會上的激動人心之處：如何應對不斷增加的I/作業系統是眾所周知的. 晶片到PCB互連的主要問題是互連密度過高，導致PCB資料的基本結構成為互連密度增長的限制因素.

2. Interconnection in the PCB
The skills and methods for high-frequency PCB板 設計 are as follows:
2.1 The corner of the transmission line should be 45° to reduce the return loss;
2.2採用高性能絕緣電路板，嚴格按等級控制絕緣定值. 這種方法有助於有效管理絕緣材料和相鄰接線之間的電磁場.
2.3有必要改進 PCB板 高精度蝕刻設計規範. 考慮指定總誤差為++/- 0.線寬0007英寸, 管理導線形狀的咬邊和橫截面, 並規定佈線側壁電鍍條件. Overall management of wiring (conductor) geometry and coating surfaces is important to address skin effect issues associated with microwave frequencies and to achieve these specifications.
2.4突出導線上有抽頭電感, 囙此，避免使用含鉛部件. 用於高頻環境, 使用表面安裝組件.
2.5用於訊號過孔, avoid using the via processing (pth) process on sensitive boards because this process will cause lead inductance at the via. 例如, 當20層板上的過孔用於連接第1層到第3層時, 引線電感會影響第4層到第19層.
2.6提供豐富的地平面. 模制過孔用於連接這些接地層，以防止電路板上3D電磁場的影響.
2.7選擇化學鍍鎳或浸沒鍍金工藝, 不要使用HASL方法進行電鍍. 這種電鍍表面為高頻電流提供了更好的集膚效應. 此外, 這種高可焊性塗層需要更少的導線, 幫助减少環境污染.
2.8阻焊膜防止錫膏流動. 然而, 由於厚度的不確定性和未知的絕緣特性，用阻焊資料覆蓋整個電路板表面將導致微帶設計中電磁能量的巨大變化. 焊接擋塊通常用作阻焊層.
如果您不熟悉這些方法, 諮詢經驗豐富的軍用微波電路板設計工程師. 你也可以和他們討論你能負擔得起的價格範圍. 例如, 背面有銅的共面微帶設計比帶狀線設計更經濟, 你可以和他們討論這個問題以獲得更好的建議. 工程師可能不習慣考慮成本, 但是他們的建議會很有幫助. 現在嘗試培訓不熟悉射頻效應且缺乏處理射頻效應經驗的年輕工程師將是一項長期的努力. 此外, 其他解決方案可用, 例如，改造電腦，使其具有處理射頻效應的能力.

3. 之間的互連 PCB板 and external devices
It can now be considered that we have solved all the signal management issues on the board and on the interconnection of the various discrete components. 那麼如何求解訊號輸入呢/從電路板到連接到遠程設備的導線的輸出問題? 在這種情況下, 我們管理微帶和同軸電纜之間的過渡. 同軸電纜中, 地平面交織成一個環形，且間距均勻. 在微帶中, 地平面位於活動線下方. 這引入了一些需要理解的邊緣效應, 在設計時預測並考慮. 當然, 這種不匹配也會導致回報損失, 必須减少雜訊和訊號干擾. 電路板內阻抗問題的管理不是一個可以忽略的設計問題. 阻抗從電路板表面開始，通過焊點傳輸到連接器, 在同軸電纜處終止. 因為阻抗隨頻率變化, 頻率越高, 阻抗管理變得更加困難. 使用更高頻率在寬帶上傳輸訊號的問題似乎是 PCB板 design.