PCB科技 - 减少PCB互連中射頻效應的科技

電路板系統的互連包括：

晶片到電路板

PCB互連

PCB和外部組件

在射頻設計中，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、佈線隔離和减少引線電感的措施等。 現時，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增加，資料傳輸所需的頻寬也將訊號頻率的上限提升到1GHz甚至更高。 儘管這種高頻訊號科技遠遠超出毫米波科技（30GHz）的範圍，但它也涉及射頻和低端微波技術。

射頻工程設計方法必須能够處理通常在高頻段產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線路, causing unpleasant crosstalk (interference and total noise), 並且會影響系統性能. 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引起的影響相同.

高回報損失有兩個負面影響：

反射回信號源的訊號將新增系統雜訊，使接收器更難將雜訊與訊號區分開來；

任何反射訊號基本上都會降低訊號質量，因為輸入信號的形狀已經改變。

雖然數位系統僅處理1和0訊號，並且具有很好的容錯性，但高速脈衝上升時產生的諧波將導致頻率越高，訊號越弱。

雖然前向糾錯科技可以消除一些負面影響，但部分系統頻寬用於傳輸冗餘數據，這會導致系統性能下降。

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。 建議數位系統在最高頻率（通常是較差的數據點）的總回波損耗為-25dB，相當於1.1的駐波比。

PCB設計的目標是更小、更快和更低的成本。 對於RF PCB，高速訊號有時會限制PCB設計的小型化。

解决串擾問題的主要方法是管理接地層、佈線間距和减少引線電感。

降低回波損耗的主要方法是阻抗匹配。 該方法包括絕緣材料的有效管理和有源訊號線和地線的隔離，尤其是具有過渡狀態的訊號線和地線之間的隔離。

由於互連點是電路鏈中最薄弱的環節，在射頻設計中，互連點的電磁特性是工程設計面臨的主要問題。 必須調查每個互連點，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：晶片到電路板、PCB板內的互連以及PCB和外部設備之間的訊號輸入/輸出。

晶片與PCB板的互連

奔騰IV和包含大量輸入/輸出互連點的高速晶片已經可用。 就晶片本身而言，其效能是可靠的，處理速率已經能够達到1GHz。 晶片與PCB之間互連的主要問題是互連密度過高，這將導致PCB資料的基本結構成為限制互連密度增長的因素。 一種常見的解決方案是使用晶片內的本地無線發射器將資料傳輸到相鄰的電路板。 無論該方案是否有效，參與者都非常清楚：在高頻應用方面，IC設計科技遠遠領先於PCB設計科技。

PCB板互連

高頻PCB設計的技巧和方法如下：

輸電線路的轉角應為45°，以减少回波損耗；

應採用高性能絕緣電路板，其絕緣常數由電平嚴格控制。 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。

突出的引線具有抽頭電感，囙此避免使用帶引線的元件。 在高頻環境中，最好使用表面貼裝組件。

對於訊號過孔，避免在敏感板上使用過孔處理（pth）過程，因為該過程會在過孔處產生引線電感。 例如，當20層板上的通孔用於連接層1至3時，引線電感可能會影響層4至19。

提供豐富的地平面。 使用模制孔連接這些接地層，以防止3D電磁場影響電路板。

選擇化學鍍鎳或浸沒鍍金工藝時，不要使用HASL方法進行電鍍。 這種電鍍表面可以為高頻電流提供更好的集膚效應。 此外，這種高可焊性塗層需要更少的鉛，這有助於减少環境污染。

阻焊膜防止錫膏流動。 然而，由於厚度的不確定性和絕緣效能的未知性，電路板的整個表面覆蓋著阻焊資料，這將導致微帶設計中電磁能量的巨大變化。 通常，使用阻焊板作為阻焊板。

改進與高精度蝕刻相關的PCB設計規範。 有必要考慮指定線寬的總誤差為+/-0.0007英寸，應管理接線形狀的咬邊和橫截面，並應指定接線側壁的電鍍條件。 佈線（導線）幾何形狀和塗層表面的全面管理對於解决與微波頻率相關的集膚效應問題並實現這些規範非常重要。 如果您不熟悉這些方法，可以諮詢從事軍用微波電路板設計的經驗豐富的設計工程師。 例如，銅背共面微帶設計比帶狀線設計更經濟。

PCB和外部設備互連

如何解决從電路板到連接遠程設備的導線的訊號輸入/輸出問題？ Trompeter Electronics是同軸電纜科技的創新者，正致力於解决這一問題，並取得了一些重要進展。 另外，看看圖中給出的電磁場。在這種情況下，我們管理從微帶到同軸電纜的轉換。 在同軸電纜中，接地層為交織環形且均勻分佈。 在微帶中，地平面位於有源線下方。 這引入了某些邊緣效應，需要在設計過程中理解、預測和考慮。 當然，這種失配也會導致回波損耗，必須將這種失配降至最低，以避免雜訊和訊號干擾。

阻抗問題的管理 PCB板 不是一個可以忽略的設計問題. 阻抗從電路板表面開始, 然後通過焊點連接到連接器, 最後在同軸電纜處結束. 因為阻抗隨頻率變化, 頻率越高, 更困難的阻抗管理是. 使用更高頻率在寬帶上傳輸訊號的問題似乎是設計中面臨的主要問題.