Межсоединение системы печатной платы включает соединение микросхемы с печатной платой, межсоединение внутри печатная плата и соединение между печатной платой и внешними устройствами. В ВЧ-проектировании электромагнитные характеристики в точке соединения являются одной из основных проблем, с которыми сталкивается инженерное проектирование. В этой статье представлены различные методы трех вышеуказанных типов конструкции межсоединений, включая методы установки устройств, изоляцию проводки и меры по снижению индуктивности выводов.

Есть признаки того, что печатные платы разрабатываются все чаще. Поскольку скорость передачи данных продолжает расти, полоса пропускания, необходимая для передачи данных, также увеличивает предельную частоту сигнала до 1 ГГц или выше. Эта технология высокочастотных сигналов, хотя и выходит за рамки технологии миллиметровых волн (30 ГГц), все же включает в себя технологию RF и низкочастотную микроволновую технологию.

Методы высокочастотного инженерного проектирования должны быть способны справляться с более сильными эффектами электромагнитного поля, которые обычно возникают на более высоких частотах. Эти электромагнитные поля могут индуцировать сигналы на соседних сигнальных линиях или линиях печатной платы, вызывая нежелательные перекрестные помехи (помехи и общий шум) и снижая производительность системы. Обратные потери в основном вызваны несоответствием импеданса, которое оказывает такое же влияние на сигнал, как аддитивный шум и помехи.

Высокие возвратные потери имеют два отрицательных эффекта: 1. Сигнал, отраженный обратно в источник сигнала, увеличивает шум системы, что затрудняет различение шума приемником от сигнала; 2. 2. Любой отраженный сигнал существенно ухудшит качество сигнала из-за изменения формы входного сигнала.

Хотя цифровые системы очень отказоустойчивы, поскольку они работают только с сигналами 1 и 0, гармоники, генерируемые при нарастании импульса на высокой скорости, вызывают ослабление сигнала на более высоких частотах. Хотя прямое исправление ошибок может устранить некоторые негативные эффекты, часть полосы пропускания системы используется для передачи избыточных данных, что приводит к снижению производительности. Лучшее решение – иметь радиочастотные эффекты, которые помогают, а не ухудшают целостность сигнала. Рекомендуется, чтобы общие возвратные потери на самой высокой частоте цифровой системы (обычно с плохой точкой данных) составляли -25 дБ, что эквивалентно КСВ, равному 1.1.

Дизайн печатной платы должен быть меньше, быстрее и дешевле. Для RF PCBS высокоскоростные сигналы иногда ограничивают миниатюризацию конструкции печатной платы. В настоящее время основным методом решения проблемы перекрестных помех является управление заземлением, расстояние между проводками и уменьшение индуктивности выводов. Основной метод уменьшения возвратных потерь – согласование импеданса. Этот метод включает эффективное управление изоляционными материалами и изоляцию активных сигнальных линий и линий заземления, особенно между состоянием сигнальной линии и земли.

Поскольку межсоединение является самым слабым звеном в цепи цепи, при проектировании ВЧ электромагнитные свойства точки межсоединения являются основной проблемой, стоящей перед инженерным проектированием, каждая точка межсоединения должна быть исследована, а существующие проблемы решены. Взаимодействие печатной платы включает соединение микросхемы с платой, соединение печатной платы и соединение ввода / вывода сигналов между печатной платой и внешними устройствами.

Взаимодействие между микросхемой и платой печатной платы

PenTIum IV и высокоскоростные микросхемы, содержащие большое количество межсоединений ввода / вывода, уже доступны. Что касается самого чипа, его производительность надежна, а скорость обработки может достигать 1 ГГц. Одним из наиболее интересных аспектов недавнего симпозиума по GHz Interconnect (www.az.ww. Com) является то, что подходы к работе с постоянно растущими объемами и частотой ввода-вывода хорошо известны. Основная проблема соединения между микросхемой и печатной платой заключается в том, что плотность соединения слишком высока. Было представлено инновационное решение, использующее локальный беспроводной передатчик внутри микросхемы для передачи данных на расположенную поблизости печатную плату.

Независимо от того, работает это решение или нет, участникам было ясно, что технология проектирования микросхем намного опережает технологию проектирования печатных плат для высокочастотных приложений.

Межсоединение печатной платы

Приемы и методы проектирования высокочастотных печатных плат следующие:

1. Для уменьшения обратных потерь следует использовать угол 45 ° для угла линии передачи (РИС. 1);

2 постоянное значение изоляции в соответствии с уровнем строго контролируемой высокопроизводительной изолирующей печатной платы. Этот метод полезен для эффективного управления электромагнитным полем между изоляционным материалом и смежной проводкой.

3. Технические характеристики печатной платы для высокоточного травления должны быть улучшены. Рассмотрите возможность указания общей погрешности ширины линии +/- 0.0007 дюймов, управления подрезом и поперечными сечениями форм проводки и указанием условий покрытия боковой стенки проводки. Общее управление геометрией проводов (проводов) и поверхностями покрытия важно для устранения поверхностных эффектов, связанных с микроволновыми частотами, и для реализации этих спецификаций.

4. В выступающих выводах присутствует индуктивность ответвлений. Избегайте использования компонентов с выводами. Для высокочастотной среды лучше всего использовать компоненты для поверхностного монтажа.

5. Для сигнальных сквозных отверстий избегайте использования процесса PTH на чувствительной пластине, так как этот процесс может вызвать индуктивность вывода в сквозном отверстии.

6. Обеспечьте обильные слои почвы. Формованные отверстия используются для соединения этих слоев заземления, чтобы предотвратить влияние трехмерных электромагнитных полей на печатную плату.

7. Чтобы выбрать процесс никелирования без электролиза или иммерсионного золочения, не используйте метод покрытия HASL. Эта гальваническая поверхность обеспечивает лучший скин-эффект для высокочастотных токов (рис. 2). Кроме того, для этого хорошо свариваемого покрытия требуется меньше выводов, что помогает снизить загрязнение окружающей среды.

8. Сопротивляющий слой припоя может предотвратить растекание паяльной пасты. Однако из-за неопределенности толщины и неизвестных характеристик изоляции покрытие всей поверхности пластины стойким к припоям материалом приведет к значительному изменению электромагнитной энергии в микрополосковой конструкции. Обычно в качестве стойкого слоя припоя используется паяльная перемычка.

Если вы не знакомы с этими методами, проконсультируйтесь с опытным инженером-конструктором, который работал над микроволновыми печатными платами для военных. Вы также можете обсудить с ними, какой ценовой диапазон вы можете себе позволить. Например, более экономично использовать копланарную микрополосковую конструкцию с медной подложкой, чем конструкцию из полос. Обсудите это с ними, чтобы лучше понять. Хорошие инженеры могут не привыкать думать о стоимости, но их советы могут быть весьма полезными. Это будет долгосрочная работа по обучению молодых инженеров, которые не знакомы с радиочастотными эффектами и не имеют опыта работы с радиочастотными эффектами.

Кроме того, могут быть приняты другие решения, такие как улучшение компьютерной модели для обработки радиочастотных эффектов.

Связь печатной платы с внешними устройствами

Теперь мы можем предположить, что мы решили все проблемы управления сигналами на плате и на соединениях дискретных компонентов. Так как же решить проблему ввода / вывода сигнала от печатной платы к проводу, соединяющему удаленное устройство? Компания Trompeter Electronics, новатор в технологии коаксиальных кабелей, работает над этой проблемой и добилась значительных успехов (рис. 3). Также обратите внимание на электромагнитное поле, показанное на рисунке 4 ниже. В этом случае мы управляем преобразованием микрополоскового кабеля в коаксиальный. В коаксиальных кабелях слои заземления чередуются кольцами и равномерно разнесены. В микропоясах слой заземления находится ниже активной линии. Это вводит определенные граничные эффекты, которые необходимо понять, спрогнозировать и учесть во время разработки. Конечно, это несоответствие также может привести к обратным потерям и должно быть минимизировано, чтобы избежать помех и помех.

Решение проблемы внутреннего импеданса – это не проблема проектирования, которую можно игнорировать. Импеданс начинается на поверхности печатной платы, проходит через паяное соединение к стыку и заканчивается у коаксиального кабеля. Поскольку импеданс зависит от частоты, чем выше частота, тем сложнее управлять импедансом. Проблема использования более высоких частот для передачи сигналов по широкополосной связи, по-видимому, является основной проблемой проектирования.

Эта статья резюмирует

Платформа для печатных плат нуждается в постоянном совершенствовании, чтобы соответствовать требованиям разработчиков интегральных схем. Управление ВЧ-сигналами при проектировании печатных плат и управление вводом / выводом сигналов на печатной плате требует постоянного улучшения. Какие бы захватывающие инновации ни происходили, я думаю, что полоса пропускания будет становиться все выше и выше, и использование высокочастотных сигналов станет предпосылкой для этого роста.