Propojení systému desek plošných spojů zahrnuje desku čip-obvod, propojení uvnitř PCB a propojení mezi DPS a externími zařízeními. V návrhu RF jsou elektromagnetické charakteristiky v propojovacím bodě jedním z hlavních problémů, kterým technický návrh čelí. Tento článek představuje různé techniky výše uvedených tří typů propojení, včetně způsobů instalace zařízení, izolace kabeláže a opatření ke snížení indukčnosti vedení.

Existují náznaky, že desky s plošnými spoji se navrhují se zvyšující se frekvencí. Jak se datové rychlosti stále zvyšují, šířka pásma potřebná pro přenos dat také posouvá strop frekvenčního signálu na 1 GHz nebo vyšší. Tato vysokofrekvenční signální technologie, i když daleko za hranicí technologie milimetrových vln (30 GHz), zahrnuje vysokofrekvenční a low-end mikrovlnnou technologii.

Metody návrhu RF inženýrství musí být schopné zvládnout silnější efekty elektromagnetického pole, které jsou obvykle generovány na vyšších frekvencích. Tato elektromagnetická pole mohou indukovat signály na sousedních signálních linkách nebo linkách PCB, což způsobuje nežádoucí přeslechy (interference a celkový hluk) a poškozují výkon systému. Backloss je způsoben především nesouladem impedance, který má na signál stejný účinek jako aditivní šum a interference.

Vysoká zpětná ztráta má dva negativní efekty: 1. Signál odražený zpět do zdroje signálu zvýší šum systému, což zkomplikuje přijímači rozlišení šumu od signálu; 2. 2. Jakýkoli odražený signál v zásadě zhorší kvalitu signálu, protože se změní tvar vstupního signálu.

Ačkoli jsou digitální systémy velmi odolné vůči poruchám, protože se zabývají pouze signály 1 a 0, harmonické generované při vzestupu pulsu vysokou rychlostí způsobují, že signál je na vyšších frekvencích slabší. Přestože dopředná korekce chyb může eliminovat některé negativní efekty, část šířky pásma systému se používá k přenosu nadbytečných dat, což má za následek snížení výkonu. Lepším řešením je mít RF efekty, které spíše pomáhají, než snižovat integritu signálu. Doporučuje se, aby celková ztráta návratu na nejvyšší frekvenci digitálního systému (obvykle špatný datový bod) byla -25 dB, což odpovídá VSWR 1.1.

Cílem návrhu desek plošných spojů je být menší, rychlejší a méně nákladné. U RF PCBS vysokorychlostní signály někdy omezují miniaturizaci návrhů DPS. V současné době je hlavní metodou řešení problému cross-talk pozemní management, rozteč mezi kabeláží a snižováním indukčnosti vedení. Hlavní metodou ke snížení ztráty z návratu je přizpůsobení impedance. Tato metoda zahrnuje efektivní správu izolačních materiálů a izolaci aktivních signálních vedení a uzemnění, zejména mezi stavem signálního vedení a zemí.

Protože propojení je nejslabším článkem v řetězci obvodů, v návrhu RF jsou elektromagnetické vlastnosti propojovacího bodu hlavním problémem technického návrhu, měl by být prozkoumán každý propojovací bod a stávající problémy vyřešeny. Propojení desek plošných spojů zahrnuje propojení desky čipu s obvodem, propojení desky plošných spojů a propojení vstupu a výstupu signálu mezi deskou plošných spojů a externími zařízeními.

Propojení mezi čipem a deskou plošných spojů

PenTIum IV a vysokorychlostní čipy obsahující velký počet vstupně/výstupních propojení jsou již k dispozici. Pokud jde o samotný čip, jeho výkon je spolehlivý a rychlost zpracování byla schopna dosáhnout 1 GHz. Jedním z nejzajímavějších aspektů nedávného sympozia GHz Interconnect (www.az.ww. Com) je, že přístupy k řešení stále rostoucího objemu a frekvence I/O jsou dobře známy. Hlavním problémem propojení mezi čipem a DPS je, že hustota propojení je příliš vysoká. Bylo představeno inovativní řešení, které využívá místní bezdrátový vysílač uvnitř čipu k přenosu dat na blízkou desku s obvody.

Ať už toto řešení funguje nebo ne, bylo účastníkům jasné, že technologie IC designu je daleko před technologií návrhu PCB pro hf aplikace.

Propojení DPS

Techniky a metody pro návrh hf PCB jsou následující:

1. Pro snížení ztráty zpátečky by měl být pro roh přenosového vedení použit úhel 45 ° (obr. 1);

2 Izolační konstantní hodnota podle úrovně přísně kontrolované vysoce výkonné izolační desky. Tato metoda je výhodná pro efektivní správu elektromagnetického pole mezi izolačním materiálem a přilehlými vodiči.

3. Specifikace návrhu DPS pro vysoce přesné leptání by měla být vylepšena. Zvažte zadání celkové chyby šířky čáry +/- 0.0007 palce, správu podříznutí a průřezů tvarů kabelů a určení podmínek pokovení boční stěny vedení. Celková správa geometrie vodičů (drátů) a povrchů povlaků je důležitá pro řešení efektů pokožky souvisejících s mikrovlnnými frekvencemi a pro implementaci těchto specifikací.

4. Ve vyčnívajících vodičích je indukčnost odbočky. Vyvarujte se používání součástí s vývody. Pro vysokofrekvenční prostředí je nejlepší použít povrchově montované součásti.

5. Pro signál skrz otvory nepoužívejte proces PTH na citlivé desce, protože tento proces může způsobit indukčnost vedení v průchozím otvoru.

6. Zajistěte hojné přízemní vrstvy. K připojení těchto uzemňovacích vrstev se používají tvarované otvory, aby se zabránilo vlivu 3D elektromagnetických polí na obvodovou desku.

7. Chcete-li zvolit postup pokovování niklem nebo elektrolýzou neelektrolýzou, nepoužívejte metodu pokovování HASL. Tento galvanicky pokovený povrch poskytuje lepší efekt kůže pro vysokofrekvenční proudy (obrázek 2). Tento vysoce svařitelný povlak navíc vyžaduje méně svodů, což pomáhá snižovat znečištění životního prostředí.

8. Vrstva odolná proti pájce může zabránit proudění pájecí pasty. Vzhledem k nejistotě tloušťky a neznámému izolačnímu výkonu však pokrytí celého povrchu desky materiálem odolným proti pájce povede k velké změně elektromagnetické energie v mikropáskovém provedení. Obecně se jako vrstva odolnosti proti pájce používá pájecí hráz.

Pokud tyto metody neznáte, poraďte se se zkušeným konstruktérem, který pracoval na deskách mikrovlnných obvodů pro armádu. Můžete s nimi také diskutovat, jaké cenové rozpětí si můžete dovolit. Například je ekonomičtější použít koplanární mikropáskový design s měděným podkladem než pásový design. Diskutujte o tom s nimi, abyste získali lepší představu. Dobří inženýři možná nejsou zvyklí přemýšlet o nákladech, ale jejich rady mohou být docela užitečné. Bude to dlouhodobá práce vyškolit mladé inženýry, kteří nejsou obeznámeni s RF efekty a nemají zkušenosti s řešením RF efektů.

Kromě toho mohou být přijata další řešení, jako je například zlepšení počítačového modelu, aby byl schopen zvládat efekty RF.

Propojení desky plošných spojů s externími zařízeními

Nyní můžeme předpokládat, že jsme vyřešili všechny problémy se správou signálu na desce a na propojení diskrétních komponent. Jak tedy vyřešíte problém se vstupem/výstupem signálu z desky s obvody na vodič spojující vzdálené zařízení? Společnost Trompeter Electronics, inovátor v technologii koaxiálních kabelů, na tomto problému pracuje a dosáhla významného pokroku (obrázek 3). Podívejte se také na elektromagnetické pole zobrazené na obrázku 4 níže. V tomto případě zvládáme převod z mikropáskového na koaxiální kabel. U koaxiálních kabelů jsou zemnící vrstvy prokládány v prstencích a rovnoměrně rozmístěny. U mikropásů je uzemňovací vrstva pod aktivní linkou. To zavádí určité okrajové efekty, které je třeba pochopit, předvídat a zvažovat v době návrhu. Tento nesoulad může samozřejmě také vést k backlossu a musí být minimalizován, aby se zabránilo rušení šumem a signálem.

Řešení problému s vnitřní impedancí není konstrukčním problémem, který lze ignorovat. Impedance začíná na povrchu desky s obvody, prochází pájeným spojem ke spoji a končí na koaxiálním kabelu. Protože impedance se mění s frekvencí, čím vyšší je frekvence, tím obtížnější je správa impedance. Problém použití vyšších frekvencí pro přenos signálů přes širokopásmové připojení se jeví jako hlavní konstrukční problém.

Tento dokument shrnuje

Technologie platformy PCB vyžaduje neustálé zlepšování, aby splňovala požadavky návrhářů integrovaných obvodů. Správa vysokofrekvenčního signálu v návrhu desky plošných spojů a správa vstupu/výstupu signálu na desce plošných spojů vyžadují neustálé zlepšování. Ať už přicházejí jakékoli vzrušující inovace, myslím si, že šířka pásma bude stále vyšší a že použití vysokofrekvenčních signálů bude předpokladem tohoto růstu.