Thiết kế điện tử - Giảm hiệu ứng RF trong quá trình thiết kế kết nối pcb

Kết nối các hệ thống bảng mạch PCB bao gồm ba loại kết nối giữa chip và bảng mạch PCB, kết nối bên trong bảng mạch PCB và kết nối giữa PCB và các thiết bị bên ngoài. Trong thiết kế tần số vô tuyến, các đặc tính điện từ của các điểm kết nối là một trong những vấn đề chính mà kỹ thuật PCB phải đối mặt. Bài viết này trình bày các kỹ thuật khác nhau cho ba thiết kế kết nối được đề cập ở trên. Nội dung liên quan đến phương pháp lắp đặt thiết bị, cách ly dây và giảm độ tự cảm của dây dẫn. Hiện nay, có những dấu hiệu cho thấy thiết kế in ấn đang trở nên thường xuyên hơn. Khi tốc độ dữ liệu tiếp tục tăng, băng thông cần thiết để truyền dữ liệu cũng tăng giới hạn trên của tần số tín hiệu lên 1 GHz hoặc thậm chí cao hơn. Mặc dù công nghệ tín hiệu tần số cao này vượt xa phạm vi của công nghệ sóng milimet (30GHz), nó cũng liên quan đến tần số vô tuyến và công nghệ vi sóng cấp thấp. Phương pháp thiết kế kỹ thuật RF phải có khả năng xử lý các hiệu ứng trường điện từ mạnh hơn thường được tạo ra trong các dải tần số cao. Các trường điện từ này tạo ra tín hiệu trên các đường tín hiệu hoặc PCB liền kề, gây nhiễu xuyên âm khó chịu (nhiễu và tiếng ồn tổng thể) và có thể làm hỏng hiệu suất hệ thống. Mất mát trở lại chủ yếu là do không phù hợp với trở kháng và ảnh hưởng đến tín hiệu giống như ảnh hưởng của tiếng ồn và nhiễu cộng. Tổn thất lợi nhuận cao có hai tác động tiêu cực: 1. Tín hiệu phản xạ trở lại nguồn tín hiệu sẽ làm tăng nhiễu hệ thống, khiến người nhận khó phân biệt giữa nhiễu và tín hiệu hơn; 2. Do hình dạng của tín hiệu đầu vào đã thay đổi, bất kỳ tín hiệu phản xạ nào về cơ bản sẽ làm giảm chất lượng tín hiệu. Mặc dù các hệ thống kỹ thuật số chỉ xử lý các tín hiệu 1 và 0 và có khả năng chịu lỗi tốt, sóng hài được tạo ra khi xung tốc độ cao tăng lên dẫn đến tần số càng cao và tín hiệu càng yếu. Trong khi công nghệ sửa lỗi chuyển tiếp có thể loại bỏ một số tác động tiêu cực, một số băng thông hệ thống được sử dụng để truyền dữ liệu dư thừa, dẫn đến hiệu suất hệ thống giảm. Giải pháp tốt hơn là để hiệu ứng tần số vô tuyến hoạt động thay vì làm suy yếu tính toàn vẹn của tín hiệu. Tổng tổn thất trở lại được đề xuất cho các hệ thống kỹ thuật số ở tần số cao nhất (thường là các điểm dữ liệu kém) là -25dB, tương đương với 1,1 VSWR. Mục tiêu của thiết kế PCB là nhỏ hơn, nhanh hơn và chi phí thấp hơn. Đối với PCB RF, tín hiệu tốc độ cao đôi khi có thể hạn chế việc thu nhỏ thiết kế PCB. Hiện tại, các phương pháp chính để giải quyết vấn đề nhiễu xuyên âm là quản lý mặt phẳng nối đất, định tuyến khoảng cách và giảm độ tự cảm chì (điện dung đinh tán). Phương pháp chính để giảm tổn thất trở lại là kết hợp trở kháng. Phương pháp này bao gồm quản lý hiệu quả vật liệu cách nhiệt và cách ly các đường tín hiệu hoạt động và đường mặt đất, đặc biệt là giữa các đường tín hiệu và mặt đất có trạng thái chuyển tiếp.

Vì các điểm kết nối là liên kết yếu nhất trong chuỗi mạch, các đặc tính điện từ của các điểm kết nối là vấn đề chính đối với thiết kế kỹ thuật trong thiết kế tần số vô tuyến. Mỗi điểm kết nối phải được khảo sát và giải quyết các vấn đề tồn tại. Kết nối của các hệ thống bảng mạch bao gồm ba loại kết nối: kết nối chip-to-board, kết nối trong bảng PCB và tín hiệu đầu vào/đầu ra giữa PCB và các thiết bị bên ngoài. Kết nối giữa chip và bo mạch PCB Pentium IV và chip tốc độ cao chứa nhiều điểm kết nối đầu vào/đầu ra đã có sẵn. Về bản thân chip, hiệu suất của nó là đáng tin cậy và tốc độ xử lý đã có thể đạt 1GHz. Điều thú vị nhất trong các hội thảo kết nối GHz gần đây là các phương pháp xử lý số lượng và tần suất I/O ngày càng tăng đã được biết đến rộng rãi. Vấn đề chính trong kết nối giữa chip và PCB là mật độ kết nối quá cao, điều này sẽ dẫn đến cấu trúc cơ bản của vật liệu PCB trở thành yếu tố hạn chế sự tăng trưởng mật độ kết nối. Một giải pháp sáng tạo đã được đề xuất tại hội nghị, đó là sử dụng bộ phát không dây cục bộ bên trong chip để truyền dữ liệu đến các bảng mạch liền kề. Cho dù chương trình này có hiệu quả hay không, những người tham gia đều biết rất rõ: khi nói đến các ứng dụng tần số cao, công nghệ thiết kế IC vượt xa công nghệ thiết kế PCB.

Các mẹo và phương pháp để kết nối PCB Thiết kế PCB tần số cao như sau: 1. Góc của đường truyền phải là 45 °, để giảm tổn thất trở lại; 2. Sử dụng bảng mạch cách điện hiệu suất cao, giá trị thường xuyên cách điện của nó được kiểm soát chặt chẽ bởi mức độ. Phương pháp này có lợi cho việc quản lý hiệu quả các trường điện từ giữa vật liệu cách nhiệt và hệ thống dây điện liền kề. Cải thiện đặc điểm kỹ thuật thiết kế PCB liên quan đến khắc chính xác cao. Nó là cần thiết để xem xét rằng tổng sai số của chiều rộng đường được chỉ định là+/- 0,007 inch, cắt đáy và cắt ngang của hình dạng dây nên được quản lý và các điều kiện mạ của các bức tường bên của dây nên được chỉ định. Việc quản lý tổng thể các hình dạng hình học của hệ thống dây (dây) và bề mặt phủ là rất quan trọng để giải quyết các vấn đề về hiệu ứng da liên quan đến tần số vi sóng và đạt được các thông số kỹ thuật này. Các dây dẫn nhô ra có cảm ứng vòi, do đó tránh các thành phần có dây dẫn. Trong môi trường tần số cao, tốt nhất là sử dụng các yếu tố gắn trên bề mặt. Đối với tín hiệu thông qua lỗ, tránh sử dụng quá trình xử lý thông qua lỗ (pth) trên các tấm nhạy cảm, vì quá trình này gây ra cảm ứng dây dẫn tại lỗ thông qua. Ví dụ, khi sử dụng các lớp kết nối thông qua lỗ từ 1 đến 3 trên bảng 20 lớp, độ tự cảm chì ảnh hưởng đến các lớp từ 4 đến 19,6. Cung cấp đất phong phú. Sử dụng các lỗ đúc để kết nối các mặt phẳng mặt đất này để ngăn trường điện từ 3D ảnh hưởng đến bảng mạch. Không sử dụng phương pháp HASL để mạ điện khi chọn quá trình mạ niken hóa học hoặc ngâm vàng. Bề mặt mạ điện này có thể cung cấp hiệu ứng da tốt hơn cho dòng điện tần số cao. Ngoài ra, lớp phủ có khả năng hàn cao này đòi hỏi ít dây dẫn hơn, giúp giảm ô nhiễm môi trường. Mặt nạ hàn có thể ngăn chặn dòng chảy của dán hàn. Tuy nhiên, do sự không chắc chắn về độ dày và tính chất cách nhiệt không rõ, toàn bộ bề mặt của bảng được bao phủ bởi vật liệu mặt nạ hàn, điều này sẽ dẫn đến sự thay đổi lớn về năng lượng điện từ trong thiết kế microband. Thông thường, đập hàn được sử dụng làm mặt nạ hàn. Nếu bạn không quen thuộc với các phương pháp này, hãy tham khảo ý kiến của một kỹ sư thiết kế giàu kinh nghiệm đã làm việc trong thiết kế bảng mạch vi sóng quân sự. Bạn cũng có thể thảo luận với họ về phạm vi giá mà bạn có thể đủ khả năng. Ví dụ, thiết kế microband đồng trở lại là kinh tế hơn so với thiết kế ribbon. Bạn có thể thảo luận vấn đề này với họ để được tư vấn tốt hơn. Các kỹ sư giỏi có thể không được sử dụng để suy nghĩ về chi phí, nhưng lời khuyên của họ cũng rất hữu ích. Bây giờ, hãy thử đào tạo các kỹ sư trẻ, những người không quen thuộc với các hiệu ứng tần số vô tuyến và thiếu kinh nghiệm xử lý chúng. Nó sẽ là một công việc lâu dài. Ngoài ra, các giải pháp khác có thể được áp dụng, chẳng hạn như cải thiện loại máy tính cho phép nó xử lý các hiệu ứng tần số vô tuyến. PCB và kết nối thiết bị bên ngoài bây giờ có thể được coi là chúng tôi đã giải quyết tất cả các vấn đề quản lý tín hiệu trên bảng cũng như các vấn đề kết nối của các thành phần riêng lẻ. Vậy làm thế nào để giải quyết vấn đề đầu vào/đầu ra tín hiệu từ bảng mạch đến dây kết nối với thiết bị từ xa? Trompeter Electronics, một nhà đổi mới trong công nghệ cáp đồng trục, đang cố gắng giải quyết vấn đề này và đã đạt được một số tiến bộ quan trọng. Ngoài ra, hãy nhìn vào trường điện từ được đưa ra trong PCB. Trong trường hợp này, chúng tôi quản lý chuyển đổi từ microband sang cáp đồng trục. Trong cáp đồng trục, sự hình thành được đan xen thành các vòng và cách nhau đều. Trong microband, mặt phẳng mặt đất nằm bên dưới đường hoạt động. Điều này giới thiệu một số hiệu ứng biên nhất định cần được hiểu, dự đoán và xem xét trong quá trình thiết kế. Tất nhiên, sự không phù hợp này cũng dẫn đến mất mát trở lại, điều này phải được giảm thiểu để tránh tiếng ồn và nhiễu tín hiệu. Quản lý các vấn đề trở kháng trong bảng mạch không phải là một vấn đề thiết kế có thể bỏ qua. Trở kháng bắt đầu trên bề mặt của bảng, sau đó đi qua các mối hàn đến đầu nối và kết thúc ở cáp đồng trục. Vì trở kháng thay đổi theo tần số, tần số càng cao, việc quản lý trở kháng càng khó khăn. Vấn đề sử dụng tần số cao hơn để truyền tín hiệu trên băng thông rộng dường như là vấn đề chính phải đối mặt trong thiết kế. Bài viết này tóm tắt nhu cầu cải tiến liên tục của công nghệ nền tảng PCB để đáp ứng các yêu cầu của các nhà thiết kế mạch tích hợp. Quản lý tín hiệu tần số cao trong quá trình thiết kế PCB và quản lý đầu vào/đầu ra tín hiệu trên bảng mạch PCB đòi hỏi cải tiến liên tục. Bất kể những đổi mới thú vị nào có thể xảy ra trong tương lai, tôi nghĩ rằng băng thông sẽ ngày càng cao hơn và việc sử dụng công nghệ tín hiệu tần số cao là điều kiện tiên quyết để đạt được sự tăng trưởng băng thông liên tục.