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

1. Chiều rộng đường truyền

Thiết kế PCB bảng 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 quá lỗ sẽ dẫn đến những thay đổi trong đặc tính truyền tải 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 các đường tín hiệu không có lỗ quá mức.

2. Crosstalk giữa các đường truyền

Khớp nối xảy ra khi khoảng cách giữa hai đường microband song song nhỏ, gây nhiễu xuyên âm giữa các đường và 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 áp dụng cho các mạch tần số cao và các đường dữ liệu tốc độ cao ECL (đồng hồ) với các giá trị tham chiếu cho các mạch vi tín hiệu như mạch khuếch đại hoạt động chính xác.

Giả sử độ khớp nối giữa các đường thẳng là C, kích thước của C liên quan đến chiều dài của đảo r, W/d, S và đường song song L. Khoảng cách S càng nhỏ, khớp nối càng mạnh; L càng dài, khớp nối càng mạnh. Để tăng kiến thức nhận thức, ví dụ: sử dụng tính năng này để tạo bộ ghép hướng 50 ohm. Ví dụ, bộ khuếch đại công suất trạm gốc tần số PCS 1,97GHz, trong đó d=30 triệu và Isla 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 gấp đôi chiều rộng đường.

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

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

3. Phân tích điện từ trên mặt đất

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

Vì đường nối đất rất ngắn, đường truyền nối đất tương đương với trở kháng điện cảm (bậc n-pH) và đường nối đất cũng tương đương với trở kháng điện cảm, ảnh hưởng đến hiệu ứng lọc của tín hiệu tần số cao. Đó là lý do tại sao các lỗ nối đất được đặt càng gần chân càng tốt. Để giảm tải cảm ứng trên đường truyền, mạch vi sóng cần có nhiều hơn một lỗ trên chân nối đất, tương đương với việc tăng khả năng dòng điện mặt đất 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 trên nguồn điện (overpulse) trong mạch TTL và CMOS, một tụ điện lọc đã được thêm vào gần chân nguồn. Tuy nhiên, chỉ thực hiện các biện pháp như vậy trong các mạch tần số cao và vi sóng là không đủ. Sau đây là một ví dụ về quy trình sản xuất cho thấy 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. Hãy thận trọng khi thêm cảm ứng vào chân tín hiệu thu mở của nguồn điện bên ngoài, vì cảm ứng tại thời điểm này tương đương với cảm ứng khi khớp.

5. Lá 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. Thích

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

B. Khi thiết kế PCB tín hiệu nhỏ tần số cao kỹ thuật số và tương tự, nó cũng cần phải thêm lá chắn vào 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 sợi 155M, 622M, 2Gb/s.

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 cao cấp lựa chọn bảng mạch PCB

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, phần tương tự tần số cao của nguồn điện được cách ly khỏi phần kỹ thuật số bằng cách chặn dòng điện cảm.

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 Teflon và bảng mạch PCB bốn lớp. Đều áp dụng các biện pháp đặt và cách ly 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 cách vượt qua lỗ.

(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.

(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 với các ràng buộc khoảng cách lớn hơn hoặc bằng chiều rộng đường 50 ohm, được che chắn bằng hộp kim loại và lọc ở đầu vào nguồn.

(6) Nguồn tần số vi sóng 2000MHz

Sử dụng tấm dày 0,8mm S139, bảng PCB hai mặt.