Công nghệ PCB - Quy trình dây tần số cao và lựa chọn vật liệu bảng PCB

1. Chiều rộng đường truyền

Thiết kế PCB tần số cao Thiết kế chiều rộng đường truyền cần dựa trên lý thuyết phù hợp trở kháng.

Công suất đầu ra của hệ thống là tối đa (tổng công suất tín hiệu tối thiểu) và phản xạ đầu vào và đầu ra là tối thiểu khi trở kháng đầu vào, đầu ra và đường truyền phù hợp. Đối với mạch vi sóng, thiết kế phù hợp trở kháng cũng đòi hỏi phải xem xét điểm làm việc của thiết bị. Đường tín hiệu đi qua lỗ sẽ gây ra những thay đổi trong đặc tính truyền trở kháng. Các đường tín hiệu logic TTL và CMOS có trở kháng đặc trưng cao và hiệu ứng này bị bỏ qua. Tuy nhiên, hiệu ứng này cần được xem xét trong các mạch tần số cao, trở kháng thấp như 50 ohms và thường yêu cầu đường tín hiệu không có lỗ thông qua.

2. Crosstalk giữa các đường truyền

Khớp nối xảy ra khi khoảng cách giữa hai đường microband song song nhỏ, dẫn đến nhiễu xuyên âm giữa các đường ảnh hưởng đến trở kháng đặc trưng của đường truyền. Cần đặc biệt chú ý đến các mạch tần số cao 50 và 75 ohm và thực hiện các biện pháp trong thiết kế mạch. Đặc tính ghép nối này cũng được sử dụng trong các thiết kế mạch thực tế, chẳng hạn như đo công suất phát ra điện thoại di động và điều khiển công suất. Các phân tích sau đây có hiệu quả đối với các mạch tần số cao và đường dữ liệu tốc độ cao ECL (đồng hồ) và có giá trị tham chiếu đối với các mạch vi tín hiệu như mạch khuếch đại hoạt động chính xác.

Giả sử độ khớp nối giữa các đường là C, kích thước của C liên quan đến μr, W/d, S và chiều dài L của các đường song song. Khoảng cách S càng nhỏ, khớp nối càng mạnh; L càng dài, khớp nối càng mạnh. Để tăng kiến thức về nhận thức, ví dụ: sử dụng tính năng này để tạo ra một bộ ghép hướng 50 ohm. Ví dụ, bộ khuếch đại công suất trạm cơ sở tần số PCS 1,97GHz, trong đó d=30mil và μr=3,48:

Bộ ghép hướng 10dB Kích thước PCB: S=5mil, l=920mil, W=53mil

Bộ ghép hướng 20dB Kích thước PCB: S=35mil, l=920mil, W=62mil

Để giảm nhiễu xuyên âm giữa các đường tín hiệu, các khuyến nghị sau đây được đưa ra:

A. Khoảng cách giữa các đường tín hiệu song song dữ liệu tần số cao hoặc tốc độ cao S lớn hơn hai lần chiều rộng đường.

B. Giảm thiểu độ dài song song giữa các đường tín hiệu.

C. Tín hiệu nhỏ tần số cao và tín hiệu yếu nên tránh các nguồn gây nhiễu mạnh như nguồn điện, đường tín hiệu logic.

3. Phân tích điện từ trên mặt đất

Cho dù pin của thiết bị IC được nối đất hay các yếu tố điện trở khác, các lỗ nối đất trong mạch tần số cao cần được đặt càng gần chân càng tốt. Trạng thái sóng đứng được thể hiện trong Hình 3.

Vì đường đất rất ngắn, đường truyền nối đất tương đương với trở kháng điện cảm (bậc n-pH) và đường truyền nối đất cũng gần bằng trở kháng điện cảm, ảnh hưởng đến hiệu ứng lọc của tín hiệu tần số cao. Đó là lý do tại sao mặt đất đi qua lỗ càng gần chân càng tốt. Để giảm tải cảm ứng trên đường truyền, mạch vi sóng cần thiết lập nhiều lỗ thông qua các chân nối đất, tương đương với việc tăng khả năng dòng điện mặt đất phẳng trong mạch tần số thấp để đảm bảo mỗi điểm nối bằng 0.

4. Bộ lọc nguồn

Để giảm tác động của logic tín hiệu lên nguồn điện (overshocks) trong mạch TTL và CMOS, một tụ điện lọc đã được thêm vào gần chân nguồn. Tuy nhiên, chỉ thực hiện các biện pháp này trong các mạch tần số cao và vi sóng là không đủ. Sau đây là một ví dụ về quá trình sản xuất, minh họa sự can thiệp của tín hiệu tần số cao vào nguồn điện.

Tín hiệu tần số cao của cả hai phương pháp tạo ra nhiễu tần số cao cho nguồn điện và ảnh hưởng đến các mạch chức năng khác. Ngoài các chân nguồn và tụ điện lọc, các cuộn cảm nối tiếp là cần thiết để ngăn chặn nhiễu tần số cao. Việc lựa chọn dòng cảm có liên quan đến tần số hoạt động. Cơ sở của nó là nếu chân nguồn lọc nhiễu tần số cao hơn 1M, trong đó C=0,1uF, thì điện cảm L=1uH được chọn. Điều quan trọng là phải cẩn thận khi thêm cảm ứng vào chân tín hiệu mở của bộ thu cho nguồn điện bên ngoài, vì cảm ứng tại thời điểm này tương đương với cảm ứng phù hợp.

5. Che chắn

Trong thiết kế PCB cho các tín hiệu nhỏ và tần số cao, các biện pháp che chắn nên được thực hiện để giảm nhiễu từ các tín hiệu lớn như mức logic hoặc giảm bức xạ điện từ từ các tín hiệu tần số cao. Ví dụ:

A. Trong thiết kế PCB tín hiệu nhỏ tần số thấp kỹ thuật số và analog (dưới 30MHz), ngoài việc phân chia dây mặt đất kỹ thuật số và dây mặt đất tương tự, cần đặt dây mặt đất trong khu vực dây tín hiệu nhỏ, khoảng cách giữa dây mặt đất và dây tín hiệu lớn hơn chiều rộng đường.

B. Trong thiết kế PCB tín hiệu nhỏ tần số cao kỹ thuật số và analog, cũng cần thêm nắp che chắn trong phần tần số cao hoặc đặt mặt đất bằng các biện pháp cách ly.

C. Trong thiết kế PCB tín hiệu lớn tần số cao, phần tần số cao cần thiết kế mô-đun chức năng độc lập và tăng hộp che chắn để giảm bức xạ bên ngoài của tín hiệu tần số cao. Chẳng hạn như mô-đun thu phát 155M, 622M, 2Gb/s sợi quang.

Bố trí PCB nhiều lớp (Nokia 6110), thiết bị đặt hai mặt, thiết kế PCB điện thoại di động được hiển thị trong hình 5.

Ví dụ về lựa chọn bảng mạch PCB cao cấp

Dưới đây chúng tôi minh họa sự lựa chọn của hội đồng quản trị bằng cách sử dụng PCB tần số cao (vi sóng) mà chúng tôi thiết kế và gỡ lỗi làm ví dụ.

(1) Lựa chọn bảng chuyển tiếp vi sóng kỹ thuật số khuếch tán 2.4GHz

Cấu trúc của nó bao gồm giao diện kỹ thuật số 2M, khử khuếch tán 20M, bảng điều chế tần số trung bình 70M. Chúng tôi sử dụng bảng FR4, bảng mạch PCB bốn lớp, sàn diện tích lớn, nguồn điện từ phần mô phỏng tần số cao được cách ly khỏi phần kỹ thuật số thông qua một choke cảm ứng.

Bộ thu phát RF 2.4GHz sử dụng bảng điều khiển kép F4, bộ thu phát được che chắn bằng hộp kim loại và đầu vào nguồn được lọc.

(2) Bộ thu phát RF 1.9GHz

Trong số đó, bộ khuếch đại công suất sử dụng tấm PTFE và bảng mạch PCB hai mặt; Bộ thu phát RF sử dụng tấm PTFE và bảng mạch PCB bốn lớp. Tất cả đều áp dụng các biện pháp cách ly và phổ biến diện tích lớn của mô - đun chức năng.

(3) Bộ thu phát tần số trung bình 140MHz

Lớp trên cùng được làm bằng tấm 0,3mm S1139, được phân phối trên một khu vực rộng lớn và được cách ly bằng các lỗ thông qua.

(4) Bộ thu phát tần số trung bình 70MHz

Sử dụng bảng FR4, bảng mạch PCB bốn lớp. Mặt đất được đặt trên diện tích lớn và vành đai cách ly mô-đun chức năng được cách ly bởi một loạt các lỗ thông qua.

(5) Bộ khuếch đại công suất 30W

Sử dụng bảng RO4350, bảng PCB hai mặt. Các khu vực rộng lớn được đặt trên mặt đất, giới hạn khoảng cách lớn hơn hoặc bằng chiều rộng đường 50 ohm, được che chắn bằng hộp kim loại và lọc ở đầu vào của nguồn điện.

(6) Nguồn tần số vi sóng 2000MHz

Sử dụng tấm dày 0,8mm S1139, bảng PCB hai mặt.