De interconnect van het printplaatsysteem omvat chip-naar-printplaat, interconnect binnen PCB en interconnect tussen PCB en externe apparaten. Bij RF-ontwerp zijn de elektromagnetische eigenschappen op het interconnectiepunt een van de belangrijkste problemen waarmee technisch ontwerp wordt geconfronteerd. Dit document introduceert verschillende technieken van de bovengenoemde drie typen interconnectieontwerpen, waaronder installatiemethoden voor apparaten, isolatie van bedrading en maatregelen om de leadinductantie te verminderen.

Er zijn tekenen dat er steeds vaker printplaten worden ontworpen. Naarmate de datasnelheden blijven toenemen, duwt de bandbreedte die nodig is voor datatransmissie ook het signaalfrequentieplafond naar 1GHz of hoger. Deze hoogfrequente signaaltechnologie, hoewel veel verder dan de millimetergolftechnologie (30GHz), omvat wel RF- en low-end microgolftechnologie.

Ontwerpmethoden voor RF-engineering moeten in staat zijn om de sterkere elektromagnetische veldeffecten aan te kunnen die doorgaans bij hogere frequenties worden gegenereerd. Deze elektromagnetische velden kunnen signalen induceren op aangrenzende signaallijnen of PCB-lijnen, waardoor ongewenste overspraak (interferentie en totale ruis) ontstaat en de systeemprestaties worden aangetast. Backloss wordt voornamelijk veroorzaakt door impedantiemismatch, wat hetzelfde effect op het signaal heeft als additieve ruis en interferentie.

Een hoog retourverlies heeft twee negatieve effecten: 1. Het signaal dat wordt teruggekaatst naar de signaalbron zal de ruis van het systeem verhogen, waardoor het voor de ontvanger moeilijker wordt om ruis van signaal te onderscheiden; 2. 2. Elk gereflecteerd signaal zal in wezen de kwaliteit van het signaal verslechteren omdat de vorm van het ingangssignaal verandert.

Hoewel digitale systemen zeer fouttolerant zijn omdat ze alleen 1- en 0-signalen verwerken, zorgen de harmonischen die worden gegenereerd wanneer de puls met hoge snelheid stijgt, ervoor dat het signaal zwakker wordt bij hogere frequenties. Hoewel voorwaartse foutcorrectie enkele van de negatieve effecten kan elimineren, wordt een deel van de systeembandbreedte gebruikt om redundante gegevens te verzenden, wat resulteert in verslechtering van de prestaties. Een betere oplossing is om RF-effecten te hebben die eerder helpen dan afbreuk doen aan de signaalintegriteit. Het wordt aanbevolen dat het totale retourverlies bij de hoogste frequentie van een digitaal systeem (meestal een slecht datapunt) -25dB is, wat overeenkomt met een VSWR van 1.1.

PCB-ontwerp wil kleiner, sneller en goedkoper zijn. Voor RF-PCB’s beperken hogesnelheidssignalen soms de miniaturisering van PCB-ontwerpen. Op dit moment is de belangrijkste methode om het probleem van overspraak op te lossen het grondbeheer, de afstand tussen de bedrading en het verminderen van de loodinductantie. De belangrijkste methode om het retourverlies te verminderen, is impedantie-aanpassing. Deze methode omvat effectief beheer van isolatiematerialen en isolatie van actieve signaallijnen en aardingslijnen, vooral tussen de toestand van de signaallijn en aarde.

Omdat de interconnect de zwakste schakel in de circuitketen is, zijn in RF-ontwerp de elektromagnetische eigenschappen van het interconnectiepunt het grootste probleem waarmee het technische ontwerp wordt geconfronteerd, elk interconnectiepunt moet worden onderzocht en de bestaande problemen moeten worden opgelost. De onderlinge verbinding van de printplaat omvat de onderlinge verbinding tussen de chip en de printplaat, de onderlinge verbinding tussen de printplaten en de signaalingang/-uitgang tussen de printplaat en externe apparaten.

Interconnectie tussen chip en printplaat

De PenTIum IV en high-speed chips met een groot aantal input/output-interconnects zijn al beschikbaar. Wat betreft de chip zelf, de prestaties zijn betrouwbaar en de verwerkingssnelheid heeft 1GHz kunnen bereiken. Een van de meest opwindende aspecten van het recente GHz Interconnect-symposium (www.az.ww. Com) is dat de benaderingen voor het omgaan met het steeds groter wordende volume en de frequentie van I/O goed bekend zijn. Het grootste probleem van de onderlinge verbinding tussen chip en PCB is dat de dichtheid van de onderlinge verbinding te hoog is. Er werd een innovatieve oplossing gepresenteerd die gebruikmaakt van een lokale draadloze zender in de chip om gegevens naar een nabijgelegen printplaat te verzenden.

Of deze oplossing nu wel of niet werkt, het was de aanwezigen duidelijk dat de IC-ontwerptechnologie ver voorloopt op de PCB-ontwerptechnologie voor hf-toepassingen.

PCB-verbinding:

De technieken en methoden voor hf PCB-ontwerp zijn als volgt:

1. Een hoek van 45° moet worden gebruikt voor de hoek van de transmissielijn om het retourverlies te verminderen (FIG. 1);

2 isolatie constante waarde volgens het niveau van strikt gecontroleerde high-performance isolerende printplaat. Deze methode is gunstig voor een effectief beheer van het elektromagnetische veld tussen isolatiemateriaal en aangrenzende bedrading.

3. De ontwerpspecificaties van PCB’s voor etsen met hoge precisie moeten worden verbeterd. Overweeg een totale lijnbreedtefout van +/- 0.0007 inch op te geven, ondersnijdingen en dwarsdoorsneden van bedradingsvormen te beheren en voorwaarden voor de beplating van de zijwand van de bedrading te specificeren. Algeheel beheer van bedrading (draad)geometrie en coatingoppervlakken is belangrijk om huideffecten met betrekking tot microgolffrequenties aan te pakken en deze specificaties te implementeren.

4. Er is een aftakkingsinductie in uitstekende leidingen. Vermijd het gebruik van componenten met kabels. Voor hoogfrequente omgevingen is het het beste om op het oppervlak gemonteerde componenten te gebruiken.

5. Voor signaaldoorgaande gaten, vermijd het gebruik van het PTH-proces op de gevoelige plaat, omdat dit proces loodinductantie bij het doorgaande gat kan veroorzaken.

6. Zorg voor overvloedige grondlagen. Gegoten gaten worden gebruikt om deze aardingslagen te verbinden om te voorkomen dat 3D-elektromagnetische velden de printplaat beïnvloeden.

7. Gebruik geen HASL-platingmethode om niet-elektrolyse-vernikkeling of onderdompeling te kiezen. Dit gegalvaniseerde oppervlak zorgt voor een beter skin-effect voor hoogfrequente stromen (Figuur 2). Bovendien heeft deze goed lasbare coating minder leidingen nodig, waardoor de milieuvervuiling wordt verminderd.

8. Soldeerweerstandslaag kan voorkomen dat soldeerpasta vloeit. Vanwege de onzekerheid van dikte en onbekende isolatieprestaties, zal het bedekken van het gehele plaatoppervlak met soldeerbestendig materiaal echter leiden tot een grote verandering in elektromagnetische energie in het ontwerp van microstrips. Over het algemeen wordt soldeerdam gebruikt als soldeerweerstandslaag.

Als u niet bekend bent met deze methoden, raadpleeg dan een ervaren ontwerpingenieur die heeft gewerkt aan microgolfprintplaten voor het leger. U kunt ook met hen bespreken welke prijsklasse u zich kunt veroorloven. Het is bijvoorbeeld voordeliger om een ​​coplanair microstripontwerp met koperen achterkant te gebruiken dan een stripontwerp. Bespreek dit met hen om een ​​beter idee te krijgen. Goede ingenieurs zijn misschien niet gewend om over kosten na te denken, maar hun advies kan heel nuttig zijn. Het opleiden van jonge ingenieurs die niet bekend zijn met RF-effecten en geen ervaring hebben met het omgaan met RF-effecten, wordt een langdurige taak.

Daarnaast kunnen andere oplossingen worden toegepast, zoals het verbeteren van het computermodel om RF-effecten aan te kunnen.

PCB-interconnect met externe apparaten

We kunnen nu aannemen dat we alle signaalbeheerproblemen op het bord en op de onderlinge verbindingen van discrete componenten hebben opgelost. Dus hoe los je het signaalinvoer-/uitvoerprobleem op van de printplaat naar de draad die het externe apparaat verbindt? Trompeter Electronics, een innovator in coaxkabeltechnologie, werkt aan dit probleem en heeft belangrijke vooruitgang geboekt (Figuur 3). Kijk ook eens naar het elektromagnetische veld dat wordt weergegeven in Afbeelding 4 hieronder. In dit geval verzorgen wij de conversie van microstrip naar coaxkabel. In coaxkabels zijn de grondlagen in ringen verweven en gelijkmatig verdeeld. Bij microbanden bevindt de aardingslaag zich onder de actieve lijn. Dit introduceert bepaalde randeffecten die tijdens het ontwerp moeten worden begrepen, voorspeld en overwogen. Deze mismatch kan natuurlijk ook leiden tot backloss en moet worden geminimaliseerd om ruis en signaalinterferentie te voorkomen.

Het beheer van het interne impedantieprobleem is geen ontwerpprobleem dat kan worden genegeerd. De impedantie begint aan het oppervlak van de printplaat, gaat door een soldeerverbinding naar de verbinding en eindigt bij de coaxkabel. Omdat de impedantie varieert met de frequentie, hoe hoger de frequentie, hoe moeilijker het impedantiebeheer is. Het probleem van het gebruik van hogere frequenties om signalen over breedband te verzenden lijkt het belangrijkste ontwerpprobleem te zijn.

Dit artikel vat samen

De PCB-platformtechnologie moet voortdurend worden verbeterd om te voldoen aan de eisen van IC-ontwerpers. Hf-signaalbeheer in PCB-ontwerp en signaalinvoer/-uitvoerbeheer op PCB-bord moeten voortdurend worden verbeterd. Welke opwindende innovaties er ook komen, ik denk dat de bandbreedte steeds hoger zal worden, en het gebruik van hoogfrequente signalen zal een voorwaarde zijn voor die groei.