L’interconnessione di circuito stampato il sistema include chip-to-circuit board, interconnessione all’interno del PCB e interconnessione tra PCB e dispositivi esterni. Nella progettazione RF, le caratteristiche elettromagnetiche nel punto di interconnessione sono uno dei principali problemi affrontati dalla progettazione ingegneristica. Questo documento introduce varie tecniche dei tre tipi precedenti di progettazione di interconnessione, inclusi metodi di installazione del dispositivo, isolamento del cablaggio e misure per ridurre l’induttanza dei cavi.

Ci sono segnali che indicano che i circuiti stampati vengono progettati con frequenza crescente. Poiché le velocità dei dati continuano ad aumentare, la larghezza di banda richiesta per la trasmissione dei dati spinge anche il limite di frequenza del segnale a 1 GHz o superiore. Questa tecnologia del segnale ad alta frequenza, sebbene ben oltre la tecnologia delle onde millimetriche (30 GHz), implica la tecnologia RF e microonde di fascia bassa.

I metodi di progettazione ingegneristica RF devono essere in grado di gestire gli effetti del campo elettromagnetico più forti che sono generalmente generati a frequenze più elevate. Questi campi elettromagnetici possono indurre segnali su linee di segnale adiacenti o linee PCB, causando diafonia indesiderata (interferenze e rumore totale) e danneggiando le prestazioni del sistema. La perdita di ritorno è causata principalmente dal disadattamento di impedenza, che ha lo stesso effetto sul segnale del rumore e dell’interferenza additivi.

Un’elevata perdita di ritorno ha due effetti negativi: 1. Il segnale riflesso alla sorgente del segnale aumenterà il rumore del sistema, rendendo più difficile per il ricevitore distinguere il rumore dal segnale; 2. 2. Qualsiasi segnale riflesso degraderà essenzialmente la qualità del segnale perché la forma del segnale in ingresso cambia.

Sebbene i sistemi digitali siano molto tolleranti ai guasti perché trattano solo i segnali 1 e 0, le armoniche generate quando l’impulso aumenta ad alta velocità rendono il segnale più debole alle frequenze più alte. Sebbene la correzione degli errori in avanti possa eliminare alcuni degli effetti negativi, parte della larghezza di banda del sistema viene utilizzata per trasmettere dati ridondanti, con conseguente riduzione delle prestazioni. Una soluzione migliore consiste nell’avere effetti RF che aiutino piuttosto che sminuire l’integrità del segnale. Si raccomanda che la perdita di ritorno totale alla frequenza più alta di un sistema digitale (di solito un punto dati scadente) sia -25dB, equivalente a un VSWR di 1.1.

Il design del PCB mira ad essere più piccolo, più veloce e meno costoso. Per RFPCB, i segnali ad alta velocità a volte limitano la miniaturizzazione dei progetti PCB. Attualmente, il metodo principale per risolvere il problema dell’incrocio consiste nell’eseguire la gestione della connessione a terra, condurre la spaziatura tra i cavi e ridurre l’induttanza del cavo. Il metodo principale per ridurre la perdita di ritorno è l’adattamento di impedenza. Questo metodo include una gestione efficace dei materiali isolanti e l’isolamento delle linee di segnale attive e delle linee di terra, in particolare tra lo stato della linea di segnale e la terra.

Poiché l’interconnessione è l’anello più debole nella catena del circuito, nella progettazione RF, le proprietà elettromagnetiche del punto di interconnessione sono il problema principale della progettazione ingegneristica, ogni punto di interconnessione dovrebbe essere studiato e i problemi esistenti risolti. L’interconnessione della scheda di circuito include l’interconnessione da chip a scheda di circuito, l’interconnessione di PCB e l’interconnessione di ingresso/uscita del segnale tra PCB e dispositivi esterni.

I. Interconnessione tra chip e scheda PCB

Che questa soluzione funzioni o meno, era chiaro ai partecipanti che la tecnologia di progettazione IC è molto più avanti della tecnologia di progettazione PCB per applicazioni hf.

Interconnessione PCB

Le tecniche e i metodi per la progettazione di PCB hf sono i seguenti:

1. Utilizzare un angolo di 45° per l’angolo della linea di trasmissione per ridurre la perdita di ritorno (FIG. 1);

2 valore costante di isolamento in base al livello del circuito isolante ad alte prestazioni rigorosamente controllato. Questo metodo è vantaggioso per una gestione efficace del campo elettromagnetico tra il materiale isolante e il cablaggio adiacente.

3. Le specifiche di progettazione PCB per l’incisione ad alta precisione dovrebbero essere migliorate. Prendere in considerazione la possibilità di specificare un errore di larghezza totale della linea di +/- 0.0007 pollici, la gestione dei sottosquadri e delle sezioni trasversali delle forme del cablaggio e la specifica delle condizioni di placcatura della parete laterale del cablaggio. La gestione complessiva della geometria del cablaggio (cavo) e delle superfici di rivestimento è importante per affrontare gli effetti della pelle relativi alle frequenze delle microonde e per implementare queste specifiche.

4. C’è un’induttanza di presa nei cavi sporgenti. Evitare di utilizzare componenti con cavi. Per ambienti ad alta frequenza, è meglio utilizzare componenti montati su superficie.

5. Per i fori passanti del segnale, evitare di utilizzare il processo PTH sulla piastra sensibile, poiché questo processo può causare l’induttanza del cavo nel foro passante. L’induttanza del conduttore può influenzare gli strati da 4 a 19 se viene utilizzato un foro passante in una scheda a 20 strati per collegare gli strati da 1 a 3.

6. Fornire strati di terreno abbondanti. I fori stampati vengono utilizzati per collegare questi strati di messa a terra per evitare che i campi elettromagnetici 3D influenzino il circuito.

7. Per scegliere la nichelatura senza elettrolisi o il processo di placcatura in oro per immersione, non utilizzare il metodo di placcatura HASL. Questa superficie elettrolitica fornisce un migliore effetto pelle per le correnti ad alta frequenza (Figura 2). Inoltre, questo rivestimento altamente saldabile richiede meno conduttori, contribuendo a ridurre l’inquinamento ambientale.

8. Lo strato di resistenza della saldatura può impedire lo scorrimento della pasta saldante. Tuttavia, a causa dell’incertezza dello spessore e delle prestazioni di isolamento sconosciute, coprire l’intera superficie della piastra con materiale resistente alla saldatura porterà a un grande cambiamento nell’energia elettromagnetica nella progettazione delle microstrisce. Generalmente, solderdam viene utilizzato come strato di resistenza alla saldatura.

Se non si ha familiarità con questi metodi, consultare un progettista esperto che ha lavorato su circuiti a microonde per l’esercito. Puoi anche discutere con loro quale fascia di prezzo ti puoi permettere. Ad esempio, è più economico utilizzare un design a microstriscia complanare con supporto in rame rispetto a un design a strisce e puoi discuterne con loro per ottenere consigli migliori. I bravi ingegneri potrebbero non essere abituati a pensare ai costi, ma i loro consigli possono essere molto utili. Sarà un lavoro a lungo termine formare giovani ingegneri che non hanno familiarità con gli effetti RF e non hanno esperienza nell’affrontare gli effetti RF.

Inoltre, possono essere adottate altre soluzioni, come migliorare il modello del computer per poter gestire gli effetti RF.

Interconnessione PCB con dispositivi esterni

Possiamo ora supporre di aver risolto tutti i problemi di gestione del segnale sulla scheda e sulle interconnessioni dei componenti discreti. Quindi, come si risolve il problema di ingresso/uscita del segnale dalla scheda al cavo che collega il dispositivo remoto? TrompeterElectronics, un innovatore nella tecnologia dei cavi coassiali, sta lavorando su questo problema e ha compiuto importanti progressi (figura 3). Inoltre, dai un’occhiata al campo elettromagnetico mostrato nella Figura 4 di seguito. In questo caso ci occupiamo della conversione da microstriscia a cavo coassiale. Nei cavi coassiali, gli strati di terra sono intrecciati in anelli e uniformemente distanziati. Nelle micronastri, lo strato di messa a terra è al di sotto della linea attiva. Ciò introduce alcuni effetti marginali che devono essere compresi, previsti e considerati in fase di progettazione. Naturalmente, questa discrepanza può anche portare a perdite di ritorno e deve essere ridotta al minimo per evitare rumore e interferenze di segnale.

La gestione del problema dell’impedenza interna non è un problema di progettazione che può essere ignorato. L’impedenza inizia sulla superficie del circuito stampato, passa attraverso un giunto di saldatura fino al giunto e termina sul cavo coassiale. Poiché l’impedenza varia con la frequenza, maggiore è la frequenza, più difficile è la gestione dell’impedenza. Il problema dell’uso di frequenze più alte per trasmettere segnali su banda larga sembra essere il principale problema di progettazione.