Połączenie układu płytek drukowanych obejmuje układ scalony z płytką drukowaną, interkonekt wewnątrz PCB i połączenia między płytką drukowaną a urządzeniami zewnętrznymi. W projektowaniu RF, charakterystyka elektromagnetyczna w punkcie połączenia jest jednym z głównych problemów, z jakimi boryka się projektowanie inżynierskie. W artykule przedstawiono różne techniki powyższych trzech typów projektowania interkonektów, w tym metody instalacji urządzeń, izolację okablowania oraz środki zmniejszające indukcyjność przewodów.

Pojawiają się oznaki, że płytki drukowane są projektowane z coraz większą częstotliwością. Wraz ze wzrostem szybkości transmisji danych przepustowość wymagana do transmisji danych również podnosi pułap częstotliwości sygnału do 1 GHz lub więcej. Ta technologia sygnału o wysokiej częstotliwości, choć znacznie wykracza poza technologię fal milimetrowych (30 GHz), obejmuje technologię RF i mikrofale niskiej klasy.

Metody projektowania inżynierii RF muszą być w stanie poradzić sobie z silniejszymi efektami pola elektromagnetycznego, które są zwykle generowane przy wyższych częstotliwościach. Te pola elektromagnetyczne mogą indukować sygnały na sąsiednich liniach sygnałowych lub liniach PCB, powodując niepożądane przesłuchy (zakłócenia i całkowity szum) i pogarszając wydajność systemu. Straty wsteczne są spowodowane głównie niedopasowaniem impedancji, które ma taki sam wpływ na sygnał, jak szum addytywny i zakłócenia.

Wysoka strata odbiciowa ma dwa negatywne skutki: 1. Sygnał odbity z powrotem do źródła sygnału zwiększy szum systemu, utrudniając odbiornikowi odróżnienie szumu od sygnału; 2. 2. Każdy odbity sygnał zasadniczo pogorszy jakość sygnału, ponieważ zmienia się kształt sygnału wejściowego.

Chociaż systemy cyfrowe są bardzo odporne na uszkodzenia, ponieważ zajmują się tylko sygnałami 1 i 0, harmoniczne generowane podczas narastania impulsu z dużą prędkością powodują, że sygnał jest słabszy przy wyższych częstotliwościach. Chociaż korekcja błędów w przód może wyeliminować niektóre negatywne skutki, część przepustowości systemu jest wykorzystywana do przesyłania nadmiarowych danych, co powoduje pogorszenie wydajności. Lepszym rozwiązaniem jest posiadanie efektów RF, które pomagają, a nie umniejszają integralność sygnału. Zaleca się, aby całkowita strata odbiciowa przy najwyższej częstotliwości systemu cyfrowego (zwykle słaby punkt danych) wynosiła -25dB, co odpowiada VSWR 1.1.

Projektowanie PCB ma być mniejsze, szybsze i mniej kosztowne. W przypadku PCB RF, szybkie sygnały czasami ograniczają miniaturyzację projektów PCB. Obecnie główną metodą rozwiązania problemu przesłuchów jest zarządzanie uziemieniem, odstępy między okablowaniem i zmniejszenie indukcyjności przewodów. Główną metodą zmniejszenia strat odbiciowych jest dopasowanie impedancji. Metoda ta obejmuje efektywne zarządzanie materiałami izolacyjnymi oraz izolację aktywnych linii sygnałowych i uziemiających, zwłaszcza pomiędzy stanem linii sygnałowej a uziemieniem.

Ponieważ połączenie jest najsłabszym ogniwem w łańcuchu obwodów, w projektowaniu RF, właściwości elektromagnetyczne punktu połączenia są głównym problemem, przed którym stoi projekt inżynieryjny, każdy punkt połączenia powinien zostać zbadany, a istniejące problemy rozwiązane. Połączenie płytki drukowanej obejmuje połączenie między chipem a płytką drukowaną, połączenie PCB i połączenie sygnału wejściowego/wyjściowego między płytką drukowaną a urządzeniami zewnętrznymi.

Połączenie między chipem a płytką PCB

PenTIum IV i szybkie układy scalone zawierające dużą liczbę interkonektów wejścia/wyjścia są już dostępne. Jeśli chodzi o sam układ, jego wydajność jest niezawodna, a szybkość przetwarzania była w stanie osiągnąć 1 GHz. Jednym z najbardziej ekscytujących aspektów niedawnego sympozjum GHz Interconnect (www.az.ww.Com) jest to, że podejścia do radzenia sobie z ciągle rosnącą głośnością i częstotliwością I/O są dobrze znane. Głównym problemem połączenia między chipem a płytką drukowaną jest to, że gęstość połączenia jest zbyt duża. Zaprezentowano innowacyjne rozwiązanie, które wykorzystuje lokalny nadajnik bezprzewodowy wewnątrz chipa do przesyłania danych do pobliskiej płytki drukowanej.

Niezależnie od tego, czy to rozwiązanie działa, dla uczestników było jasne, że technologia projektowania układów scalonych znacznie wyprzedza technologię projektowania obwodów drukowanych w zastosowaniach wysokiej częstotliwości.

Interkonekt PCB

Techniki i metody projektowania PCB Hf są następujące:

1. W narożniku linii transmisyjnej należy zastosować kąt 45°, aby zmniejszyć straty odbiciowe (RYS. 1);

2 stała wartość izolacji w zależności od poziomu ściśle kontrolowanej płytki izolacyjnej o wysokiej wydajności. Ta metoda jest korzystna dla efektywnego zarządzania polem elektromagnetycznym pomiędzy materiałem izolacyjnym a sąsiednim okablowaniem.

3. Należy poprawić specyfikacje projektowe PCB dla wysokiej precyzji trawienia. Rozważ określenie całkowitego błędu szerokości linii na +/- 0.0007 cala, zarządzanie podcięciami i przekrojami poprzecznymi kształtów przewodów oraz określenie warunków poszycia bocznej ścianki przewodów. Ogólne zarządzanie geometrią okablowania (drutu) i powierzchniami powłok jest ważne, aby zająć się efektami naskórkowymi związanymi z częstotliwościami mikrofalowymi i wdrożyć te specyfikacje.

4. W wystających przewodach występuje indukcyjność kranu. Unikaj używania komponentów z wyprowadzeniami. W środowiskach o wysokiej częstotliwości najlepiej jest używać elementów montowanych powierzchniowo.

5. Aby uzyskać sygnał przez otwory, należy unikać stosowania procesu PTH na płytce wrażliwej, ponieważ proces ten może powodować indukcyjność ołowiu w otworze przelotowym.

6. Zapewnij obfite warstwy gruntu. Formowane otwory służą do łączenia tych warstw uziemiających, aby zapobiec wpływowi pól elektromagnetycznych 3D na płytkę drukowaną.

7. Aby wybrać proces niklowania bez elektrolizy lub złocenia zanurzeniowego, nie należy stosować metody HASL. Ta galwanizowana powierzchnia zapewnia lepszy efekt naskórka dla prądów o wysokiej częstotliwości (rysunek 2). Ponadto ta wysoce spawalna powłoka wymaga mniejszej liczby wyprowadzeń, co pomaga zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska.

8. Warstwa oporowa na lutowanie może zapobiegać przepływowi pasty lutowniczej. Jednak ze względu na niepewność co do grubości i nieznanej wydajności izolacji, pokrycie całej powierzchni płyty materiałem oporowym na lut doprowadzi do dużej zmiany energii elektromagnetycznej w konstrukcji mikropaskowej. Generalnie jako warstwa oporowa lutu stosowana jest tama lutownicza.

Jeśli nie znasz tych metod, skonsultuj się z doświadczonym inżynierem projektantem, który pracował nad obwodami mikrofalowymi dla wojska. Możesz również porozmawiać z nimi na jaki przedział cenowy Cię stać. Na przykład bardziej ekonomiczne jest zastosowanie współpłaszczyznowej konstrukcji mikropaskowej na podłożu miedzianym niż konstrukcji z paskiem. Porozmawiaj z nimi, aby uzyskać lepszy pomysł. Dobrzy inżynierowie mogą nie być przyzwyczajeni do myślenia o kosztach, ale ich rady mogą być bardzo pomocne. Szkolenie młodych inżynierów, którzy nie są zaznajomieni z efektami RF i nie mają doświadczenia w radzeniu sobie z efektami RF, będzie długoterminową pracą.

Ponadto można zastosować inne rozwiązania, takie jak ulepszenie modelu komputerowego, aby był w stanie obsłużyć efekty RF.

Interkonekt PCB z urządzeniami zewnętrznymi,

Możemy teraz założyć, że rozwiązaliśmy wszystkie problemy związane z zarządzaniem sygnałem na płycie i połączeniach elementów dyskretnych. Jak więc rozwiązać problem wejścia/wyjścia sygnału z płytki drukowanej do przewodu łączącego zdalne urządzenie? Trompeter Electronics, innowator w technologii kabli koncentrycznych, pracuje nad tym problemem i poczynił istotne postępy (rysunek 3). Przyjrzyj się również polu elektromagnetycznemu pokazanemu na rysunku 4 poniżej. W tym przypadku zarządzamy konwersją z mikropaska na kabel koncentryczny. W kablach koncentrycznych warstwy uziemienia są przeplatane pierścieniami i równomiernie rozmieszczone. W mikropasach warstwa uziemiająca znajduje się poniżej linii aktywnej. Wprowadza to pewne efekty brzegowe, które należy zrozumieć, przewidzieć i rozważyć w czasie projektowania. Oczywiście to niedopasowanie może również prowadzić do strat wstecznych i należy je zminimalizować, aby uniknąć zakłóceń i zakłóceń sygnału.

Zarządzanie problemem impedancji wewnętrznej nie jest problemem projektowym, który można zignorować. Impedancja zaczyna się na powierzchni płytki drukowanej, przechodzi przez złącze lutowane do złącza i kończy się na kablu koncentrycznym. Ponieważ impedancja zmienia się wraz z częstotliwością, im wyższa częstotliwość, tym trudniejsze jest zarządzanie impedancją. Głównym problemem projektowym wydaje się być problem wykorzystania wyższych częstotliwości do przesyłania sygnałów przez łącza szerokopasmowe.

Ten artykuł podsumowuje

Technologia platformy PCB wymaga ciągłego doskonalenia, aby sprostać wymaganiom projektantów układów scalonych. Zarządzanie sygnałem Hf w projektowaniu PCB oraz zarządzanie sygnałem wejściowym/wyjściowym na płytce PCB wymaga ciągłego doskonalenia. Niezależnie od nadchodzących ekscytujących innowacji, myślę, że przepustowość będzie coraz wyższa, a użycie sygnałów o wysokiej częstotliwości będzie warunkiem wstępnym tego wzrostu.