La interconexión del sistema de placa de circuito incluye placa de circuito a chip, interconexión dentro PCB e interconectar entre PCB y dispositivos externos. En el diseño de RF, las características electromagnéticas en el punto de interconexión son uno de los principales problemas que enfrenta el diseño de ingeniería. Este documento presenta varias técnicas de los tres tipos anteriores de diseño de interconexión, incluidos los métodos de instalación de dispositivos, el aislamiento del cableado y las medidas para reducir la inductancia del cable.

Hay indicios de que las placas de circuito impreso se están diseñando con una frecuencia cada vez mayor. A medida que las velocidades de datos continúan aumentando, el ancho de banda requerido para la transmisión de datos también empuja el techo de la frecuencia de la señal a 1 GHz o más. Esta tecnología de señal de alta frecuencia, aunque está mucho más allá de la tecnología de ondas milimétricas (30 GHz), implica RF y tecnología de microondas de gama baja.

Los métodos de diseño de ingeniería de RF deben ser capaces de manejar los efectos de campos electromagnéticos más fuertes que normalmente se generan a frecuencias más altas. Estos campos electromagnéticos pueden inducir señales en líneas de señal adyacentes o líneas de PCB, provocando diafonía no deseada (interferencia y ruido total) y perjudicando el rendimiento del sistema. La pérdida de retroceso se debe principalmente a la falta de coincidencia de impedancia, que tiene el mismo efecto en la señal que el ruido aditivo y la interferencia.

La alta pérdida de retorno tiene dos efectos negativos: 1. La señal reflejada de regreso a la fuente de señal aumentará el ruido del sistema, haciendo más difícil para el receptor distinguir el ruido de la señal; 2. 2. Cualquier señal reflejada degradará esencialmente la calidad de la señal porque cambia la forma de la señal de entrada.

Aunque los sistemas digitales son muy tolerantes a las fallas porque solo manejan señales 1 y 0, los armónicos generados cuando el pulso aumenta a alta velocidad hacen que la señal sea más débil en frecuencias más altas. Aunque la corrección de errores hacia adelante puede eliminar algunos de los efectos negativos, parte del ancho de banda del sistema se utiliza para transmitir datos redundantes, lo que da como resultado una degradación del rendimiento. Una mejor solución es tener efectos de RF que ayuden en lugar de restar valor a la integridad de la señal. Se recomienda que la pérdida de retorno total a la frecuencia más alta de un sistema digital (generalmente un punto de datos deficiente) sea de -25dB, equivalente a un VSWR de 1.1.

El diseño de PCB tiene como objetivo ser más pequeño, más rápido y menos costoso. Para RF PCBS, las señales de alta velocidad a veces limitan la miniaturización de los diseños de PCB. En la actualidad, el método principal para resolver el problema de la diafonía es la gestión de tierra, el espaciado entre el cableado y la reducción de la inductancia de los cables. El método principal para reducir la pérdida de retorno es la adaptación de impedancia. Este método incluye la gestión eficaz de los materiales de aislamiento y el aislamiento de las líneas de señal activa y las líneas de tierra, especialmente entre el estado de la línea de señal y la tierra.

Debido a que la interconexión es el eslabón más débil en la cadena del circuito, en el diseño de RF, las propiedades electromagnéticas del punto de interconexión son el principal problema al que se enfrenta el diseño de ingeniería, cada punto de interconexión debe investigarse y los problemas existentes deben resolverse. La interconexión de la placa de circuito incluye la interconexión del chip a la placa de circuito, la interconexión de la placa de circuito impreso y la interconexión de entrada / salida de señal entre la placa de circuito impreso y los dispositivos externos.

Interconexión entre chip y placa PCB

El PenTIum IV y los chips de alta velocidad que contienen una gran cantidad de interconexiones de entrada / salida ya están disponibles. En cuanto al chip en sí, su rendimiento es confiable y la tasa de procesamiento ha podido alcanzar 1GHz. Uno de los aspectos más emocionantes del reciente simposio de interconexión de GHz (www.az.ww. Com) es que los enfoques para lidiar con el volumen y la frecuencia cada vez mayores de E / S son bien conocidos. El principal problema de la interconexión entre el chip y la PCB es que la densidad de interconexión es demasiado alta. Se presentó una solución innovadora que utiliza un transmisor inalámbrico local dentro del chip para transmitir datos a una placa de circuito cercana.

Ya sea que esta solución funcione o no, los asistentes tuvieron claro que la tecnología de diseño de circuitos integrados está muy por delante de la tecnología de diseño de PCB para aplicaciones de alta frecuencia.

Interconexión de PCB

Las técnicas y métodos para el diseño de PCB de alta frecuencia son los siguientes:

1. Se debe usar un ángulo de 45 ° para la esquina de la línea de transmisión para reducir la pérdida de retorno (FIG. 1);

2 valor constante de aislamiento según el nivel de placa de circuito aislante de alto rendimiento estrictamente controlado. Este método es beneficioso para la gestión eficaz del campo electromagnético entre el material aislante y el cableado adyacente.

3. Deben mejorarse las especificaciones de diseño de PCB para grabado de alta precisión. Considere especificar un error de ancho de línea total de +/- 0.0007 pulgadas, manejando cortes y secciones transversales de las formas del cableado y especificando las condiciones del revestimiento de la pared lateral del cableado. La gestión general de la geometría del cableado (cable) y las superficies de revestimiento es importante para abordar los efectos de la piel relacionados con las frecuencias de microondas y para implementar estas especificaciones.

4. Hay inductancia de derivación en los cables que sobresalen. Evite el uso de componentes con cables. Para entornos de alta frecuencia, es mejor utilizar componentes montados en superficie.

5. Para señales a través de orificios, evite usar el proceso PTH en la placa sensible, ya que este proceso puede causar inductancia del cable en el orificio pasante.

6. Proporcionar abundantes capas de suelo. Se utilizan orificios moldeados para conectar estas capas de puesta a tierra para evitar que los campos electromagnéticos 3D afecten la placa de circuito.

7. Para elegir un proceso de niquelado sin electrólisis o de inmersión en oro, no utilice el método de enchapado HASL. Esta superficie galvanizada proporciona un mejor efecto de piel para corrientes de alta frecuencia (Figura 2). Además, este recubrimiento altamente soldable requiere menos cables, lo que ayuda a reducir la contaminación ambiental.

8. La capa de resistencia a la soldadura puede evitar que la pasta de soldadura fluya. Sin embargo, debido a la incertidumbre del grosor y al rendimiento de aislamiento desconocido, cubrir toda la superficie de la placa con material resistente a la soldadura provocará un gran cambio en la energía electromagnética en el diseño de microbanda. Generalmente, la presa de soldadura se utiliza como capa de resistencia a la soldadura.

Si no está familiarizado con estos métodos, consulte a un ingeniero de diseño experimentado que haya trabajado en placas de circuitos de microondas para el ejército. También puede discutir con ellos qué rango de precios puede pagar. Por ejemplo, es más económico utilizar un diseño de microbanda coplanar con respaldo de cobre que un diseño de tira. Discuta esto con ellos para tener una mejor idea. Es posible que los buenos ingenieros no estén acostumbrados a pensar en los costos, pero sus consejos pueden ser muy útiles. Será un trabajo a largo plazo capacitar a ingenieros jóvenes que no estén familiarizados con los efectos de RF y carecen de experiencia en el manejo de los efectos de RF.

Además, se pueden adoptar otras soluciones, como mejorar el modelo de computadora para poder manejar los efectos de RF.

Interconexión de PCB con dispositivos externos

Ahora podemos suponer que hemos resuelto todos los problemas de gestión de señales en la placa y en las interconexiones de componentes discretos. Entonces, ¿cómo se resuelve el problema de entrada / salida de señal desde la placa de circuito hasta el cable que conecta el dispositivo remoto? Trompeter Electronics, un innovador en tecnología de cables coaxiales, está trabajando en este problema y ha logrado algunos avances importantes (Figura 3). Además, observe el campo electromagnético que se muestra en la Figura 4 a continuación. En este caso gestionamos la conversión de microstrip a cable coaxial. En los cables coaxiales, las capas de tierra están entrelazadas en anillos y espaciadas uniformemente. En microcinturones, la capa de conexión a tierra está por debajo de la línea activa. Esto introduce ciertos efectos de borde que deben entenderse, predecirse y considerarse en el momento del diseño. Por supuesto, este desajuste también puede provocar una pérdida de retroceso y debe minimizarse para evitar el ruido y la interferencia de la señal.

La gestión del problema de impedancia interna no es un problema de diseño que pueda ignorarse. La impedancia comienza en la superficie de la placa de circuito, pasa a través de una unión soldada hasta la unión y termina en el cable coaxial. Debido a que la impedancia varía con la frecuencia, cuanto mayor es la frecuencia, más difícil es la gestión de la impedancia. El problema de utilizar frecuencias más altas para transmitir señales a través de banda ancha parece ser el principal problema de diseño.

Este documento resume

La tecnología de la plataforma de PCB necesita una mejora continua para cumplir con los requisitos de los diseñadores de circuitos integrados. La gestión de señales de alta frecuencia en el diseño de PCB y la gestión de entrada / salida de señales en la placa de PCB necesitan una mejora continua. Independientemente de las emocionantes innovaciones que se avecinan, creo que el ancho de banda aumentará cada vez más, y el uso de señales de alta frecuencia será un requisito previo para ese crecimiento.