החיבור של מערכת הלוח כולל מעגל שבב למעגל, חיבור פנימי PCB וקישור בין PCB והתקנים חיצוניים. בתכנון RF, המאפיינים האלקטרומגנטיים בנקודת הקישור הם אחת הבעיות העיקריות העומדות בפני תכנון הנדסי. מאמר זה מציג טכניקות שונות משלושת הסוגים לעיל של תכנון קישוריות, לרבות שיטות התקנת מכשירים, בידוד חיווט ואמצעים להפחתת השראות עופרת.

ישנם סימנים לכך שמתכננים מעגלים מודפסים בתדירות הולכת וגוברת. ככל ששיעורי הנתונים ממשיכים לעלות, רוחב הפס הנדרש להעברת נתונים גם דוחף את תקרת תדר האות ל -1 GHz או יותר. טכנולוגיית האות בתדירות גבוהה זו, אם כי הרבה מעבר לטכנולוגיית הגלים מילימטר (30GHz), אכן כוללת טכנולוגיית RF ומיקרוגל נמוך.

שיטות עיצוב הנדסי RF חייבות להיות מסוגלות להתמודד עם השפעות השדה האלקטרומגנטיות החזקות יותר שנוצרות בדרך כלל בתדרים גבוהים יותר. שדות אלקטרומגנטיים אלה יכולים לגרום לאותות על קווי האות או קווי PCB הסמוכים, ולגרום להצטלבות לא רצויה (הפרעה ורעש כולל) ופגיעה בביצועי המערכת. איבוד גב נגרם בעיקר מחוסר התאמה עכבה, שיש לו את אותה השפעה על האות כמו רעש והפרעות תוסף.

לאובדן תשואה גבוה יש שתי השפעות שליליות: 1. האות המוחזר בחזרה למקור האות יגביר את רעש המערכת, מה שיקשה על המקלט להבחין בין רעש לאות; 2. 2. כל אות המשתקף בעצם יפגע באיכות האות מכיוון שצורת אות הכניסה משתנה.

למרות שמערכות דיגיטליות מאוד עמידות בפני תקלות מכיוון שהן עוסקות באותות 1 ו- 0 בלבד, ההרמוניות שנוצרות כאשר הדופק עולה במהירות גבוהה גורמות לאות להיות חלש יותר בתדרים גבוהים יותר. למרות שתיקון שגיאות קדימה יכול לחסל חלק מההשפעות השליליות, חלק מרוחב הפס של המערכת משמש להעברת נתונים מיותרים, וכתוצאה מכך פגיעה בביצועים. פתרון טוב יותר הוא להיות בעל השפעות RF המסייעות במקום לפגוע בשלמות האות. מומלץ כי אובדן התשואה הכולל בתדירות הגבוהה ביותר של מערכת דיגיטלית (בדרך כלל נקודת נתונים לקויה) יהיה -25dB, שווה ערך ל- VSWR של 1.1.

עיצוב PCB שואף להיות קטן יותר, מהיר יותר ופחות יקר. עבור RF PCBS, אותות במהירות גבוהה לפעמים מגבילים את המזעור של עיצובים PCB. כיום השיטה העיקרית לפתרון בעיית הדיבור החוצה היא ניהול קרקע, מרווח בין חיווט והפחתת השראות עופרת. השיטה העיקרית להפחתת אובדן התשואה היא התאמת עכבה. שיטה זו כוללת ניהול יעיל של חומרי בידוד ובידוד קווי איתות אקטיביים וקווי קרקע, במיוחד בין מצב קו האות לאדמה.

מכיוון שהחיבור הוא החוליה החלשה ביותר בשרשרת המעגלים, בעיצוב RF, המאפיינים האלקטרומגנטיים של נקודת הקישור הם הבעיה העיקרית העומדת בפני תכנון הנדסי, יש לחקור כל נקודת קישור ולפתור את הבעיות הקיימות. חיבור לוח מעגלים כולל חיבור של לוח שבב למעגל, חיבור PCB וחיבור קלט/פלט אות בין PCB והתקנים חיצוניים.

חיבור בין שבב ללוח PCB

PenTIum IV ושבבים במהירות גבוהה המכילים מספר רב של חיבורי קלט/פלט כבר זמינים. באשר לשבב עצמו, הביצועים שלו אמינים, וקצב העיבוד הצליח להגיע ל -1 GHz. אחד ההיבטים המרגשים ביותר בסימפוזיון ה- Interconnect GHz האחרון (www.az.ww. Com) הוא שגישות להתמודדות עם עוצמת הקול והתדירות ההולכת וגוברת של קלט/פלט ידועות היטב. הבעיה העיקרית של חיבור בין שבב ו- PCB היא שצפיפות הקישוריות גבוהה מדי. הוצג פתרון חדשני שמשתמש במשדר אלחוטי מקומי בתוך השבב כדי להעביר נתונים ללוח מעגלים סמוך.

בין אם הפתרון הזה עובד או לא, היה ברור למשתתפים שטכנולוגיית עיצוב IC מקדימה בהרבה את טכנולוגיית עיצוב ה- PCB ליישומי hf.

חיבור PCB

הטכניקות והשיטות לעיצוב hf PCB הן כדלקמן:

1. יש להשתמש בזווית של 45 ° לפינת קו ההולכה כדי להפחית את אובדן ההחזרה (איור 1);

2 ערך קבוע בידוד בהתאם לרמה של מעגל בידוד בעל ביצועים גבוהים המבוקרים היטב. שיטה זו מועילה לניהול יעיל של שדה אלקטרומגנטי בין חומר בידוד לבין חיווט סמוך.

3. יש לשפר את מפרטי עיצוב PCB לחריטה דיוק גבוהה. שקול לציין שגיאה ברוחב הקו הכולל של +/- 0.0007 אינץ ‘, ניהול חתכים וחתכים של צורות חיווט וציון תנאי ציפוי הקיר בצד החיווט. ניהול כולל של גיאומטריה וחיפוי משטחי ציפוי חשוב להתייחס להשפעות עור הקשורות לתדרי מיקרוגל וליישום מפרטים אלה.

4. קיימת השראות ברז בלידים בולטים. הימנע משימוש ברכיבים עם לידים. עבור סביבות בתדירות גבוהה, עדיף להשתמש ברכיבים רכובים על פני השטח.

5. לאותות דרך חורים, הימנע משימוש בתהליך PTH בצלחת הרגישה, מכיוון שתהליך זה יכול לגרום להשרות עופרת בחור העובר.

6. ספק שכבות קרקע בשפע. חורים מעוצבים משמשים לחיבור שכבות הארקה אלה כדי למנוע משדות אלקטרומגנטיים תלת -ממדיים להשפיע על לוח המעגלים.

7. לבחירת תהליך ציפוי ניקל שאינו אלקטרוליזה או ציפוי זהב טבילה, אין להשתמש בשיטת ציפוי HASL. משטח מצופה זה מספק אפקט עור טוב יותר לזרמים בתדירות גבוהה (איור 2). בנוסף, ציפוי זה הניתן לריתוך גבוה דורש פחות הפניות, המסייע להפחתת זיהום הסביבה.

8. שכבת עמידות בהלחמה יכולה למנוע זרימת משחת הלחמה. עם זאת, בשל חוסר הוודאות של עובי וביצועי הבידוד הבלתי ידועים, כיסוי כל משטח הצלחת בחומר התנגדות הלחמה יוביל לשינוי גדול באנרגיה האלקטרומגנטית בעיצוב המיקרו -סטריפ. באופן כללי, סכר הלחמה משמש כשכבת התנגדות הלחמה.

אם אינך מכיר את השיטות הללו, התייעץ עם מהנדס תכנון מנוסה שעבד על מעגלים מיקרוגליים לצבא. אתה יכול גם לדון איתם באיזה טווח מחירים אתה יכול להרשות לעצמך. לדוגמה, חסכוני יותר להשתמש בעיצוב מיקרו-רצועה קופלאני בגב נחושת מאשר בעיצוב רצועות. שוחח איתם על זה כדי לקבל מושג טוב יותר. מהנדסים טובים אולי אינם רגילים לחשוב על עלות, אך עצתם יכולה להיות מועילה למדי. זו תהיה עבודה לטווח ארוך להכשיר מהנדסים צעירים שאינם מכירים אפקטים של RF וחסרי ניסיון בהתמודדות עם אפקטים של RF.

בנוסף, ניתן לאמץ פתרונות אחרים, כגון שיפור דגם המחשב בכדי להתמודד עם אפקטים של RF.

חיבור PCB עם התקנים חיצוניים

כעת אנו יכולים להניח שפתרנו את כל בעיות ניהול האותות בלוח ובחיבורים של רכיבים נפרדים. אז איך פותרים את בעיית קלט/פלט האות מלוח המעגלים לחוט המחבר את המכשיר המרוחק? Trompeter Electronics, חדשנית בתחום טכנולוגיית הכבלים הקואקסיאליים, עובדת על בעיה זו והתקדמה כמה חשובות (איור 3). כמו כן, תסתכל על השדה האלקטרומגנטי המוצג באיור 4 להלן. במקרה זה, אנו מנהלים את ההמרה מ- microstrip לכבל קואקסיאלי. בכבלים קואקסיאליים שכבות הקרקע שזורות בטבעות ומרווחות באופן שווה. בחגורות מיקרו, שכבת ההארקה נמצאת מתחת לקו הפעיל. זה מציג השפעות קצה מסוימות שצריך להבין, לחזות ולשקול בזמן העיצוב. כמובן, חוסר התאמה זה יכול להוביל גם לאיבוד גב ויש למזער אותו כדי להימנע מרעש והפרעות אותות.

ניהול בעיית העכבה הפנימית אינה בעיה עיצובית שאפשר להתעלם ממנה. העכבה מתחילה על פני הלוח, עוברת דרך מפרק הלחמה למפרק ומסתיימת בכבל הקואקסיאלי. מכיוון שהעכבה משתנה עם התדר, ככל שהתדירות גבוהה יותר, כך ניהול העכבה קשה יותר. נראה כי הבעיה של שימוש בתדרים גבוהים יותר להעברת אותות בפס רחב היא הבעיה העיצובית העיקרית.

מאמר זה מסכם

טכנולוגיית פלטפורמת PCB זקוקה לשיפור מתמיד כדי לעמוד בדרישות של מעצבי IC. ניהול אותות HF בעיצוב PCB וניהול קלט/פלט אותות על לוח PCB זקוקים לשיפור מתמיד. לא משנה מה יגיעו חידושים מרגשים, אני חושב שרוחב הפס יעלה ויעלה, ושימוש באותות בתדר גבוה יהווה תנאי מוקדם לצמיחה זו.