The interconnect of circuit board system includes chip-to-circuit board, interconnect within PCB and interconnect between PCB and external devices. ในการออกแบบ RF ลักษณะทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่จุดเชื่อมต่อเป็นหนึ่งในปัญหาหลักที่การออกแบบทางวิศวกรรมต้องเผชิญ บทความนี้จะแนะนำเทคนิคต่างๆ ของการออกแบบการเชื่อมต่อถึงกันสามประเภทข้างต้น รวมถึงวิธีการติดตั้งอุปกรณ์ การแยกสายไฟ และมาตรการลดการเหนี่ยวนำของตะกั่ว

มีสัญญาณว่าแผงวงจรพิมพ์ถูกออกแบบให้มีความถี่เพิ่มขึ้น เนื่องจากอัตราข้อมูลยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แบนด์วิดท์ที่จำเป็นสำหรับการรับส่งข้อมูลก็ดันเพดานความถี่ของสัญญาณเป็น 1GHz หรือสูงกว่า เทคโนโลยีสัญญาณความถี่สูงนี้ แม้จะอยู่ไกลกว่าเทคโนโลยีคลื่นมิลลิเมตร (30GHz) ก็ตาม แต่ยังเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยี RF และเทคโนโลยีไมโครเวฟระดับล่าง

วิธีการออกแบบทางวิศวกรรม RF จะต้องสามารถจัดการกับผลกระทบของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แรงกว่าซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะสร้างขึ้นที่ความถี่สูง สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้สามารถกระตุ้นสัญญาณบนสายสัญญาณหรือสาย PCB ที่อยู่ติดกัน ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนที่ไม่ต้องการ (สัญญาณรบกวนและสัญญาณรบกวนทั้งหมด) และส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของระบบ Backloss ส่วนใหญ่เกิดจากอิมพีแดนซ์ไม่ตรงกัน ซึ่งมีผลเช่นเดียวกันกับสัญญาณเป็นสัญญาณรบกวนและการรบกวนเพิ่มเติม

การสูญเสียผลตอบแทนสูงมีผลเสียสองประการ: 1. สัญญาณที่สะท้อนกลับไปยังแหล่งสัญญาณจะเพิ่มเสียงรบกวนของระบบ ทำให้ผู้รับแยกแยะสัญญาณรบกวนจากสัญญาณได้ยากขึ้น 2. 2. สัญญาณสะท้อนใด ๆ จะทำให้คุณภาพของสัญญาณลดลงโดยพื้นฐานแล้วเนื่องจากรูปร่างของสัญญาณอินพุตเปลี่ยนไป

แม้ว่าระบบดิจิทัลจะทนทานต่อข้อผิดพลาดได้มากเพราะจัดการกับสัญญาณ 1 และ 0 เท่านั้น แต่ฮาร์โมนิกที่สร้างขึ้นเมื่อพัลส์เพิ่มขึ้นที่ความเร็วสูงทำให้สัญญาณอ่อนลงที่ความถี่สูง แม้ว่าการแก้ไขข้อผิดพลาดในการส่งต่อสามารถขจัดผลกระทบด้านลบบางส่วนได้ แต่แบนด์วิดท์ของระบบบางส่วนถูกใช้เพื่อส่งข้อมูลซ้ำซ้อน ส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลง ทางออกที่ดีกว่าคือการมีผล RF ที่ช่วยแทนที่จะเบี่ยงเบนจากความสมบูรณ์ของสัญญาณ ขอแนะนำให้การสูญเสียผลตอบแทนทั้งหมดที่ความถี่สูงสุดของระบบดิจิทัล (โดยปกติเป็นจุดข้อมูลที่ไม่ดี) อยู่ที่ -25dB เทียบเท่ากับ VSWR ที่ 1.1

การออกแบบ PCB มุ่งหวังให้มีขนาดเล็กลง เร็วขึ้น และมีค่าใช้จ่ายน้อยลง For RF PCBS, high-speed signals sometimes limit the miniaturization of PCB designs. At present, the main method to solve the problem of cross-talk is ground management, spacing between wiring and reducing lead inductance. วิธีหลักในการลดการสูญเสียกลับคือการจับคู่อิมพีแดนซ์ วิธีนี้รวมถึงการจัดการวัสดุฉนวนอย่างมีประสิทธิภาพและการแยกสายสัญญาณที่ใช้งานและสายกราวด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งระหว่างสถานะของสายสัญญาณและกราวด์

เนื่องจากการเชื่อมต่อระหว่างกันเป็นจุดอ่อนที่สุดในวงจร ในการออกแบบ RF คุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าของจุดเชื่อมต่อระหว่างกันเป็นปัญหาหลักที่ต้องเผชิญกับการออกแบบทางวิศวกรรม ควรมีการตรวจสอบจุดเชื่อมต่อแต่ละจุดและแก้ไขปัญหาที่มีอยู่ การเชื่อมต่อระหว่างแผงวงจรประกอบด้วยการเชื่อมต่อระหว่างแผงวงจรกับชิป การเชื่อมต่อระหว่าง PCB และการเชื่อมต่อสัญญาณอินพุต/เอาต์พุตระหว่าง PCB และอุปกรณ์ภายนอก

Interconnection between chip and PCB board

The PenTIum IV and high-speed chips containing a large number of input/output interconnects are already available. As for the chip itself, its performance is reliable, and the processing rate has been able to reach 1GHz. One of the most exciting aspects of the recent GHz Interconnect symposium (www.az.ww. Com) is that approaches to dealing with the ever-increasing volume and frequency of I/O are well known. The main problem of interconnect between chip and PCB is that the density of interconnect is too high. An innovative solution was presented that uses a local wireless transmitter inside the chip to transmit data to a nearby circuit board.

ไม่ว่าโซลูชันนี้จะได้ผลหรือไม่ก็ตาม ผู้เข้าร่วมเห็นได้ชัดเจนว่าเทคโนโลยีการออกแบบ IC นั้นล้ำหน้ากว่าเทคโนโลยีการออกแบบ PCB สำหรับการใช้งาน hf มาก

การเชื่อมต่อระหว่าง PCB

เทคนิคและวิธีการสำหรับการออกแบบ hf PCB มีดังนี้:

1. มุมของสายส่งควรใช้มุม 45 องศาเพื่อลดการสูญเสียการส่งคืน (รูปที่ 1);

2 ค่าคงที่ของฉนวนตามระดับของแผงวงจรฉนวนประสิทธิภาพสูงที่ควบคุมอย่างเข้มงวด วิธีนี้มีประโยชน์สำหรับการจัดการสนามแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างวัสดุฉนวนและสายไฟที่อยู่ติดกันอย่างมีประสิทธิภาพ

3. ควรปรับปรุงข้อกำหนดการออกแบบ PCB สำหรับการแกะสลักที่มีความแม่นยำสูง พิจารณาระบุข้อผิดพลาดความกว้างของเส้นรวมที่ +/-0.0007 นิ้ว จัดการส่วนใต้และส่วนตัดขวางของรูปร่างสายไฟ และระบุเงื่อนไขการชุบผนังด้านข้างของสายไฟ การจัดการโดยรวมของรูปทรงการเดินสาย (ลวด) และพื้นผิวเคลือบเป็นสิ่งสำคัญในการแก้ไขปัญหาผิวที่เกี่ยวข้องกับความถี่ไมโครเวฟและเพื่อนำข้อกำหนดเหล่านี้ไปใช้

4. มีการเหนี่ยวนำแทปในลีดที่ยื่นออกมา หลีกเลี่ยงการใช้ส่วนประกอบที่มีลีด สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีความถี่สูง ควรใช้ส่วนประกอบที่ติดตั้งบนพื้นผิว

5. สำหรับสัญญาณผ่านรู หลีกเลี่ยงการใช้กระบวนการ PTH บนเพลตที่ละเอียดอ่อน เนื่องจากกระบวนการนี้อาจทำให้เกิดการเหนี่ยวนำตะกั่วที่รูทะลุ

6. จัดให้มีชั้นดินที่อุดมสมบูรณ์ รูแบบหล่อใช้สำหรับเชื่อมต่อชั้นกราวด์เหล่านี้เพื่อป้องกันไม่ให้สนามแม่เหล็กไฟฟ้า 3 มิติส่งผลกระทบต่อแผงวงจร

7. ในการเลือกการชุบนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้าหรือกระบวนการชุบทองแบบจุ่ม อย่าใช้วิธีชุบ HASL พื้นผิวชุบด้วยไฟฟ้านี้ให้เอฟเฟกต์ผิวที่ดีขึ้นสำหรับกระแสความถี่สูง (รูปที่ 2) นอกจากนี้ การเคลือบที่เชื่อมได้สูงนี้ต้องการตะกั่วน้อยลง ช่วยลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม

8. ชั้นต้านทานการบัดกรีสามารถป้องกันการวางประสานไม่ให้ไหล อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความไม่แน่นอนของความหนาและประสิทธิภาพของฉนวนที่ไม่รู้จัก การครอบคลุมพื้นผิวแผ่นทั้งหมดด้วยวัสดุต้านทานการบัดกรีจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าในการออกแบบไมโครสตริป Generally, solder dam is used as solder resistance layer.

หากคุณไม่คุ้นเคยกับวิธีการเหล่านี้ ให้ปรึกษาวิศวกรออกแบบผู้มีประสบการณ์ซึ่งเคยทำงานเกี่ยวกับแผงวงจรไมโครเวฟสำหรับกองทัพบก คุณยังสามารถพูดคุยกับพวกเขาว่าคุณสามารถจ่ายช่วงราคาใดได้บ้าง For example, it is more economical to use a copper-backed coplanar microstrip design than a strip design. Discuss this with them to get a better idea. วิศวกรที่ดีอาจไม่คุ้นเคยกับการคิดเรื่องต้นทุน แต่คำแนะนำของพวกเขาอาจช่วยได้มากทีเดียว จะเป็นงานระยะยาวในการฝึกอบรมวิศวกรรุ่นใหม่ที่ไม่คุ้นเคยกับเอฟเฟกต์ RF และไม่มีประสบการณ์ในการจัดการกับเอฟเฟกต์ RF

นอกจากนี้ยังสามารถนำโซลูชันอื่นๆ มาใช้ เช่น การปรับปรุงโมเดลคอมพิวเตอร์ให้สามารถรองรับเอฟเฟค RF ได้

เชื่อมต่อ PCB กับอุปกรณ์ภายนอก

ตอนนี้เราสามารถสรุปได้ว่าเราได้แก้ไขปัญหาการจัดการสัญญาณทั้งหมดบนบอร์ดและในการเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบที่ไม่ต่อเนื่อง คุณจะแก้ปัญหาสัญญาณอินพุต/เอาต์พุตจากแผงวงจรไปยังสายที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ระยะไกลได้อย่างไร? Trompeter Electronics, an innovator in coaxial cable technology, is working on this problem and has made some important progress (Figure 3). นอกจากนี้ ให้ดูที่สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แสดงในรูปที่ 4 ด้านล่าง ในกรณีนี้ เราจัดการการแปลงจากไมโครสตริปเป็นสายโคแอกเชียล ในสายโคแอกเชียล ชั้นกราวด์จะประสานกันเป็นวงแหวนและเว้นระยะห่างเท่าๆ กัน ในไมโครเบลท์ ชั้นกราวด์จะอยู่ใต้เส้นแอคทีฟ ซึ่งจะแนะนำเอฟเฟกต์ขอบบางอย่างที่ต้องเข้าใจ คาดการณ์ และพิจารณาในเวลาออกแบบ แน่นอนว่าความไม่ตรงกันนี้อาจนำไปสู่แบ็คลอสได้ และต้องลดให้น้อยที่สุดเพื่อหลีกเลี่ยงสัญญาณรบกวนและสัญญาณรบกวน

การจัดการปัญหาอิมพีแดนซ์ภายในไม่ใช่ปัญหาการออกแบบที่มองข้ามไม่ได้ อิมพีแดนซ์เริ่มต้นที่พื้นผิวของแผงวงจร ผ่านรอยต่อประสานไปยังข้อต่อ และสิ้นสุดที่สายเคเบิลโคแอกเซียล เนื่องจากอิมพีแดนซ์แตกต่างกันไปตามความถี่ ยิ่งความถี่สูง การจัดการอิมพีแดนซ์ก็จะยิ่งยากขึ้น ปัญหาของการใช้ความถี่สูงเพื่อส่งสัญญาณผ่านบรอดแบนด์ดูเหมือนจะเป็นปัญหาหลักในการออกแบบ

This paper summarizes

PCB platform technology needs continuous improvement to meet the requirements of IC designers. Hf signal management in PCB design and signal input/output management on PCB board need continuous improvement. Whatever exciting innovations are coming, I think bandwidth is going to get higher and higher, and using high frequency signals is going to be a prerequisite for that growth.