L’interconnexion du système de carte de circuit imprimé comprend une carte de circuit imprimé, une interconnexion à l’intérieur PCB et l’interconnexion entre le PCB et les périphériques externes. Dans la conception RF, les caractéristiques électromagnétiques au point d’interconnexion sont l’un des principaux problèmes rencontrés par la conception technique. Ce document présente diverses techniques des trois types de conception d’interconnexion ci-dessus, y compris les méthodes d’installation des dispositifs, l’isolation du câblage et les mesures visant à réduire l’inductance des conducteurs.

Il y a des signes que les cartes de circuits imprimés sont conçues avec une fréquence croissante. Alors que les débits de données continuent d’augmenter, la bande passante requise pour la transmission de données pousse également le plafond de fréquence du signal à 1 GHz ou plus. Cette technologie de signal haute fréquence, bien que bien au-delà de la technologie à ondes millimétriques (30 GHz), implique la technologie RF et micro-ondes bas de gamme.

Les méthodes de conception d’ingénierie RF doivent être capables de gérer les effets de champ électromagnétique plus forts qui sont généralement générés à des fréquences plus élevées. Ces champs électromagnétiques peuvent induire des signaux sur des lignes de signaux ou des lignes PCB adjacentes, provoquant une diaphonie indésirable (interférences et bruit total) et nuisant aux performances du système. La perte de charge est principalement causée par une inadaptation d’impédance, qui a le même effet sur le signal que le bruit additif et les interférences.

Une perte de retour élevée a deux effets négatifs : 1. Le signal réfléchi vers la source du signal augmentera le bruit du système, rendant plus difficile pour le récepteur de distinguer le bruit du signal ; 2. 2. Tout signal réfléchi dégradera essentiellement la qualité du signal car la forme du signal d’entrée change.

Bien que les systèmes numériques soient très tolérants aux pannes car ils ne traitent que les signaux 1 et 0, les harmoniques générées lorsque l’impulsion monte à grande vitesse rendent le signal plus faible à des fréquences plus élevées. Bien que la correction d’erreur directe puisse éliminer certains des effets négatifs, une partie de la bande passante du système est utilisée pour transmettre des données redondantes, ce qui entraîne une dégradation des performances. Une meilleure solution est d’avoir des effets RF qui aident plutôt que de nuire à l’intégrité du signal. Il est recommandé que l’affaiblissement de réflexion total à la fréquence la plus élevée d’un système numérique (généralement un point de données médiocre) soit de -25 dB, ce qui équivaut à un ROS de 1.1.

La conception des circuits imprimés vise à être plus petite, plus rapide et moins coûteuse. Pour les PCB RF, les signaux haute vitesse limitent parfois la miniaturisation des conceptions de PCB. À l’heure actuelle, la principale méthode pour résoudre le problème de la diaphonie est la gestion de la terre, l’espacement entre le câblage et la réduction de l’inductance du plomb. La principale méthode pour réduire la perte de retour est l’adaptation d’impédance. Cette méthode comprend une gestion efficace des matériaux d’isolation et l’isolation des lignes de signal actives et des lignes de masse, en particulier entre l’état de la ligne de signal et la masse.

Étant donné que l’interconnexion est le maillon le plus faible de la chaîne de circuits, dans la conception RF, les propriétés électromagnétiques du point d’interconnexion sont le principal problème auquel est confrontée la conception technique, chaque point d’interconnexion doit être étudié et les problèmes existants résolus. L’interconnexion de carte de circuit comprend l’interconnexion de puce à carte de circuit, l’interconnexion de carte de circuit imprimé et l’interconnexion d’entrée/sortie de signal entre la carte de circuit imprimé et les dispositifs externes.

Interconnexion entre la puce et la carte PCB

Le PenTIum IV et les puces haute vitesse contenant un grand nombre d’interconnexions d’entrée/sortie sont déjà disponibles. Quant à la puce elle-même, ses performances sont fiables et le taux de traitement a pu atteindre 1 GHz. L’un des aspects les plus passionnants du récent symposium sur l’interconnexion GHz (www.az.ww. Com) est que les approches pour faire face au volume et à la fréquence toujours croissants des E/S sont bien connues. Le principal problème d’interconnexion entre la puce et le PCB est que la densité d’interconnexion est trop élevée. Une solution innovante a été présentée qui utilise un émetteur sans fil local à l’intérieur de la puce pour transmettre des données à un circuit imprimé à proximité.

Que cette solution fonctionne ou non, il était clair pour les participants que la technologie de conception de circuits intégrés est bien en avance sur la technologie de conception de circuits imprimés pour les applications haute fréquence.

Interconnexion PCB

Les techniques et méthodes de conception de circuits imprimés hf sont les suivantes :

1. Un angle de 45° doit être utilisé pour le coin de la ligne de transmission afin de réduire la perte de retour (FIG. 1);

2 valeur constante d’isolation en fonction du niveau de carte de circuit isolant haute performance strictement contrôlée. Cette méthode est bénéfique pour une gestion efficace du champ électromagnétique entre le matériau isolant et le câblage adjacent.

3. Les spécifications de conception de circuits imprimés pour la gravure de haute précision devraient être améliorées. Envisagez de spécifier une erreur de largeur de ligne totale de +/- 0.0007 pouces, de gérer les contre-dépouille et les sections transversales des formes de câblage et de spécifier les conditions de placage des parois latérales du câblage. La gestion globale de la géométrie du câblage (fil) et des surfaces de revêtement est importante pour traiter les effets de peau liés aux fréquences micro-ondes et pour mettre en œuvre ces spécifications.

4. Il y a une inductance de prise dans les fils saillants. Évitez d’utiliser des composants avec des fils. Pour les environnements à haute fréquence, il est préférable d’utiliser des composants montés en surface.

5. Pour les trous de passage de signal, évitez d’utiliser le processus PTH sur la plaque sensible, car ce processus peut provoquer une inductance de plomb au niveau du trou de passage.

6. Fournir des couches de sol abondantes. Des trous moulés sont utilisés pour connecter ces couches de mise à la terre afin d’empêcher les champs électromagnétiques 3D d’affecter le circuit imprimé.

7. Pour choisir un procédé de placage au nickel sans électrolyse ou de placage à l’or par immersion, n’utilisez pas la méthode de placage HASL. Cette surface électrolytique offre un meilleur effet de peau pour les courants haute fréquence (Figure 2). De plus, ce revêtement hautement soudable nécessite moins de fils, ce qui contribue à réduire la pollution de l’environnement.

8. La couche de résistance à la soudure peut empêcher la pâte à souder de couler. Cependant, en raison de l’incertitude de l’épaisseur et des performances d’isolation inconnues, le fait de recouvrir toute la surface de la plaque avec un matériau résistant à la soudure entraînera une modification importante de l’énergie électromagnétique dans la conception des microrubans. Généralement, le barrage de soudure est utilisé comme couche de résistance de soudure.

Si vous n’êtes pas familiarisé avec ces méthodes, consultez un ingénieur de conception expérimenté qui a travaillé sur des circuits imprimés à micro-ondes pour l’armée. Vous pouvez également discuter avec eux de la fourchette de prix que vous pouvez vous permettre. Par exemple, il est plus économique d’utiliser une conception de microruban coplanaire à support cuivre qu’une conception de ruban. Discutez-en avec eux pour vous faire une meilleure idée. Les bons ingénieurs ne sont peut-être pas habitués à penser aux coûts, mais leurs conseils peuvent être très utiles. Ce sera un travail de longue haleine pour former de jeunes ingénieurs qui ne sont pas familiers avec les effets RF et manquent d’expérience dans le traitement des effets RF.

De plus, d’autres solutions peuvent être adoptées, telles que l’amélioration du modèle informatique pour pouvoir gérer les effets RF.

Interconnexion PCB avec des périphériques externes

Nous pouvons maintenant supposer que nous avons résolu tous les problèmes de gestion des signaux sur la carte et sur les interconnexions des composants discrets. Alors, comment résolvez-vous le problème d’entrée/sortie du signal de la carte de circuit imprimé au fil reliant l’appareil distant ? Trompeter Electronics, un innovateur dans la technologie des câbles coaxiaux, travaille sur ce problème et a fait d’importants progrès (Figure 3). Jetez également un coup d’œil au champ électromagnétique illustré à la figure 4 ci-dessous. Dans ce cas, nous gérons la conversion du microruban au câble coaxial. Dans les câbles coaxiaux, les couches de masse sont entrelacées en anneaux et régulièrement espacées. Dans les micro-courroies, la couche de mise à la terre est en dessous de la ligne active. Cela introduit certains effets de bord qui doivent être compris, prédits et pris en compte au moment de la conception. Bien entendu, ce décalage peut également entraîner des pertes en retour et doit être minimisé pour éviter le bruit et les interférences de signal.

La gestion du problème d’impédance interne n’est pas un problème de conception qui peut être ignoré. L’impédance commence à la surface du circuit imprimé, passe à travers un joint de soudure jusqu’au joint et se termine au niveau du câble coaxial. Comme l’impédance varie avec la fréquence, plus la fréquence est élevée, plus la gestion de l’impédance est difficile. Le problème de l’utilisation de fréquences plus élevées pour transmettre des signaux sur large bande semble être le principal problème de conception.

Ce document résume

La technologie de la plate-forme PCB doit être constamment améliorée pour répondre aux exigences des concepteurs de circuits intégrés. La gestion des signaux Hf dans la conception des circuits imprimés et la gestion des entrées/sorties des signaux sur les circuits imprimés nécessitent une amélioration continue. Quelles que soient les innovations passionnantes à venir, je pense que la bande passante va devenir de plus en plus élevée, et l’utilisation de signaux à haute fréquence sera une condition préalable à cette croissance.