A interconexão do sistema de placa de circuito inclui placa de chip a circuito, interconexão dentro PCB e interconectar entre PCB e dispositivos externos. No projeto de RF, as características eletromagnéticas no ponto de interconexão é um dos principais problemas enfrentados pelo projeto de engenharia. Este documento apresenta várias técnicas dos três tipos de projeto de interconexão acima, incluindo métodos de instalação de dispositivo, isolamento de fiação e medidas para reduzir a indutância do chumbo.

Há sinais de que as placas de circuito impresso estão sendo projetadas com freqüência cada vez maior. À medida que as taxas de dados continuam a aumentar, a largura de banda necessária para a transmissão de dados também empurra o teto de frequência do sinal para 1 GHz ou mais. Esta tecnologia de sinal de alta frequência, embora muito além da tecnologia de ondas milimétricas (30 GHz), envolve RF e tecnologia de micro-ondas de baixo custo.

Os métodos de projeto de engenharia de RF devem ser capazes de lidar com os efeitos de campo eletromagnético mais fortes que são normalmente gerados em frequências mais altas. Esses campos eletromagnéticos podem induzir sinais em linhas de sinal adjacentes ou linhas de PCB, causando diafonia indesejável (interferência e ruído total) e prejudicando o desempenho do sistema. A perda de retorno é causada principalmente por incompatibilidade de impedância, que tem o mesmo efeito no sinal que ruído aditivo e interferência.

A alta perda de retorno tem dois efeitos negativos: 1. O sinal refletido de volta para a fonte do sinal aumentará o ruído do sistema, tornando mais difícil para o receptor distinguir o ruído do sinal; 2 2. Qualquer sinal refletido irá essencialmente degradar a qualidade do sinal porque a forma do sinal de entrada muda.

Embora os sistemas digitais sejam muito tolerantes a falhas porque lidam apenas com os sinais 1 e 0, os harmônicos gerados quando o pulso está aumentando em alta velocidade fazem com que o sinal seja mais fraco em frequências mais altas. Embora a correção direta de erros possa eliminar alguns dos efeitos negativos, parte da largura de banda do sistema é usada para transmitir dados redundantes, resultando na degradação do desempenho. Uma solução melhor é ter efeitos de RF que ajudem em vez de prejudicar a integridade do sinal. Recomenda-se que a perda de retorno total na frequência mais alta de um sistema digital (geralmente um ponto de dados ruim) seja de -25dB, equivalente a um VSWR de 1.1.

O design do PCB pretende ser menor, mais rápido e menos caro. Para RF PCBS, os sinais de alta velocidade às vezes limitam a miniaturização dos projetos de PCB. Atualmente, o principal método para resolver o problema de cross-talk é o gerenciamento do solo, espaçamento entre a fiação e redução da indutância do cabo. O principal método para reduzir a perda de retorno é o casamento de impedância. Este método inclui o gerenciamento eficaz de materiais de isolamento e isolamento de linhas de sinal ativas e linhas de aterramento, especialmente entre o estado da linha de sinal e o terra.

Como a interconexão é o elo mais fraco da cadeia de circuito, no projeto de RF, as propriedades eletromagnéticas do ponto de interconexão são o principal problema do projeto de engenharia, cada ponto de interconexão deve ser investigado e os problemas existentes resolvidos. A interconexão de placa de circuito inclui interconexão de placa de circuito, interconexão de PCB e interconexão de entrada / saída de sinal entre PCB e dispositivos externos.

Interconexão entre o chip e a placa PCB

O PenTIum IV e os chips de alta velocidade contendo um grande número de interconexões de entrada / saída já estão disponíveis. Quanto ao chip em si, seu desempenho é confiável e a taxa de processamento pode chegar a 1GHz. Um dos aspectos mais interessantes do recente simpósio GHz Interconnect (www.az.ww. Com) é que as abordagens para lidar com o volume e a frequência cada vez maiores de E / S são bem conhecidas. O principal problema de interconexão entre chip e PCB é que a densidade de interconexão é muito alta. Foi apresentada uma solução inovadora que usa um transmissor sem fio local dentro do chip para transmitir dados a uma placa de circuito próxima.

Independentemente de esta solução funcionar ou não, ficou claro para os participantes que a tecnologia de design de IC está muito à frente da tecnologia de design de PCB para aplicações de alta frequência.

Interconexão de PCB

As técnicas e métodos para o projeto de PCB hf são as seguintes:

1. Um ângulo de 45 ° deve ser usado para o canto da linha de transmissão para reduzir a perda de retorno (FIG. 1);

2 valor constante de isolamento de acordo com o nível de placa de circuito de isolamento de alto desempenho estritamente controlada. Este método é benéfico para o gerenciamento eficaz do campo eletromagnético entre o material isolante e a fiação adjacente.

3. As especificações de design de PCB para gravação de alta precisão devem ser melhoradas. Considere a especificação de um erro de largura total de linha de +/- 0.0007 polegadas, gerenciando cortes inferiores e transversais de formas de fiação e especificando as condições de revestimento da parede lateral da fiação. O gerenciamento geral da geometria da fiação (fio) e das superfícies de revestimento é importante para lidar com os efeitos de pele relacionados às frequências de microondas e para implementar essas especificações.

4. Há indutância de derivação nos terminais salientes. Evite usar componentes com cabos. Para ambientes de alta frequência, é melhor usar componentes montados em superfície.

5. Para orifícios de passagem de sinal, evite usar o processo PTH na placa sensível, pois esse processo pode causar indutância de chumbo no orifício de passagem.

6. Fornece camadas de solo abundantes. Furos moldados são usados ​​para conectar essas camadas de aterramento para evitar que campos eletromagnéticos 3d afetem a placa de circuito.

7. Para escolher o processo de revestimento de níquel sem eletrólise ou revestimento de ouro por imersão, não use o método de revestimento HASL. Esta superfície galvanizada fornece um melhor efeito de pele para correntes de alta frequência (Figura 2). Além disso, este revestimento altamente soldável requer menos chumbo, ajudando a reduzir a poluição ambiental.

8. A camada de resistência da solda pode impedir o fluxo da pasta de solda. No entanto, devido à incerteza de espessura e desempenho de isolamento desconhecido, cobrir toda a superfície da placa com material de resistência de solda levará a uma grande mudança na energia eletromagnética no projeto de microfita. Geralmente, o dique de solda é usado como camada de resistência de solda.

Se você não estiver familiarizado com esses métodos, consulte um engenheiro de projeto experiente que já trabalhou com placas de circuito de microondas para uso militar. Você também pode discutir com eles a faixa de preço que você pode pagar. Por exemplo, é mais econômico usar um projeto de microtira coplanar apoiado em cobre do que um projeto de tira. Discuta isso com eles para ter uma ideia melhor. Bons engenheiros podem não estar acostumados a pensar em custos, mas seus conselhos podem ser bastante úteis. Será um trabalho de longo prazo treinar jovens engenheiros que não estão familiarizados com os efeitos de RF e não têm experiência em lidar com os efeitos de RF.

Além disso, outras soluções podem ser adotadas, como melhorar o modelo do computador para poder lidar com os efeitos de RF.

Interconexão de PCB com dispositivos externos

Podemos agora assumir que resolvemos todos os problemas de gerenciamento de sinal na placa e nas interconexões de componentes discretos. Então, como você resolve o problema de entrada / saída de sinal da placa de circuito para o fio que conecta o dispositivo remoto? A Trompeter Electronics, inovadora em tecnologia de cabos coaxiais, está trabalhando nesse problema e fez alguns progressos importantes (Figura 3). Além disso, dê uma olhada no campo eletromagnético mostrado na Figura 4 abaixo. Nesse caso, gerenciamos a conversão de microstrip para cabo coaxial. Em cabos coaxiais, as camadas do solo são entrelaçadas em anéis e espaçadas uniformemente. Em microelts, a camada de aterramento está abaixo da linha ativa. Isso introduz certos efeitos de borda que precisam ser compreendidos, previstos e considerados no momento do projeto. Obviamente, essa incompatibilidade também pode levar à perda de valor e deve ser minimizada para evitar ruído e interferência de sinal.

O gerenciamento do problema de impedância interna não é um problema de design que pode ser ignorado. A impedância começa na superfície da placa de circuito, passa por uma junta de solda até a junta e termina no cabo coaxial. Como a impedância varia com a frequência, quanto mais alta a frequência, mais difícil é o gerenciamento da impedância. O problema de usar frequências mais altas para transmitir sinais em banda larga parece ser o principal problema de projeto.

Este artigo resume

A tecnologia da plataforma PCB precisa de melhoria contínua para atender aos requisitos dos designers de IC. O gerenciamento de sinal Hf no design de PCB e o gerenciamento de entrada / saída de sinal na placa PCB precisam de melhoria contínua. Quaisquer que sejam as inovações empolgantes que estão por vir, acho que a largura de banda ficará cada vez mais alta e o uso de sinais de alta frequência será um pré-requisito para esse crescimento.