Devre kartı sisteminin ara bağlantısı, çip-devre kartı, ara bağlantı içerir PCB ve PCB ve harici cihazlar arasında ara bağlantı. RF tasarımında, ara bağlantı noktasındaki elektromanyetik özellikler, mühendislik tasarımının karşılaştığı temel problemlerden biridir. Bu makale, cihaz kurulum yöntemleri, kabloların izolasyonu ve kurşun endüktansını azaltmak için önlemler dahil olmak üzere yukarıdaki üç tip ara bağlantı tasarımının çeşitli tekniklerini tanıtmaktadır.

Baskılı devre kartlarının artan bir sıklıkla tasarlandığına dair işaretler var. Veri hızları artmaya devam ettikçe, veri iletimi için gereken bant genişliği de sinyal frekansı tavanını 1GHz veya daha yükseğe iter. Bu yüksek frekanslı sinyal teknolojisi, milimetre dalga teknolojisinin (30GHz) çok ötesinde olmasına rağmen, RF ve düşük kaliteli mikrodalga teknolojisini içerir.

RF mühendislik tasarım yöntemleri, tipik olarak daha yüksek frekanslarda üretilen daha güçlü elektromanyetik alan etkilerini kaldırabilmelidir. Bu elektromanyetik alanlar, bitişik sinyal hatlarında veya PCB hatlarında sinyaller oluşturarak istenmeyen karışmaya (parazit ve toplam gürültü) neden olabilir ve sistem performansına zarar verebilir. Geri kayıp, esas olarak, sinyal üzerinde ek gürültü ve parazit ile aynı etkiye sahip olan empedans uyumsuzluğundan kaynaklanır.

Yüksek geri dönüş kaybının iki olumsuz etkisi vardır: 1. Sinyal kaynağına geri yansıyan sinyal, sistemin gürültüsünü artıracak ve alıcının gürültüyü sinyalden ayırt etmesini zorlaştıracaktır; 2. 2. Yansıyan herhangi bir sinyal, giriş sinyalinin şekli değiştiğinden, sinyalin kalitesini esasen bozacaktır.

Sayısal sistemler sadece 1 ve 0 sinyalleri ile ilgilendikleri için hataya çok toleranslı olsalar da, darbe yüksek hızda yükselirken oluşan harmonikler, yüksek frekanslarda sinyalin daha zayıf olmasına neden olur. İleriye dönük hata düzeltmesi bazı olumsuz etkileri ortadan kaldırabilse de, sistem bant genişliğinin bir kısmı yedekli verileri iletmek için kullanılır ve bu da performansın düşmesine neden olur. Daha iyi bir çözüm, sinyal bütünlüğünü azaltmak yerine yardımcı olan RF efektlerine sahip olmaktır. Dijital bir sistemin en yüksek frekansında (genellikle zayıf bir veri noktası) toplam geri dönüş kaybının -25dB, yani 1.1’lik bir VSWR’ye eşdeğer olması önerilir.

PCB tasarımı daha küçük, daha hızlı ve daha az maliyetli olmayı hedeflemektedir. RF PCBS için, yüksek hızlı sinyaller bazen PCB tasarımlarının minyatürleştirilmesini sınırlar. Şu anda, çapraz konuşma sorununu çözmenin ana yöntemi, kablolama arasındaki boşluk ve kurşun endüktansını azaltmak için zemin yönetimidir. Geri dönüş kaybını azaltmanın ana yöntemi empedans eşleşmesidir. Bu yöntem, yalıtım malzemelerinin etkin yönetimini ve özellikle sinyal hattının durumu ile toprak arasındaki aktif sinyal hatlarının ve toprak hatlarının izolasyonunu içerir.

Ara bağlantı, devre zincirindeki en zayıf halka olduğundan, RF tasarımında, ara bağlantı noktasının elektromanyetik özellikleri mühendislik tasarımının karşı karşıya olduğu ana problemdir, her bir bağlantı noktası araştırılmalı ve mevcut problemler çözülmelidir. Devre kartı ara bağlantısı, çipten devreye kart ara bağlantısını, PCB ara bağlantısını ve PCB ile harici cihazlar arasındaki sinyal giriş/çıkış ara bağlantısını içerir.

Çip ve PCB kartı arasındaki ara bağlantı

Çok sayıda giriş/çıkış ara bağlantısı içeren PenTIum IV ve yüksek hızlı yongalar zaten mevcuttur. Çipin kendisine gelince, performansı güvenilir ve işlem hızı 1GHz’e ulaşabildi. En son GHz Interconnect sempozyumunun (www.az.ww. Com) en heyecan verici yönlerinden biri, sürekli artan I/O hacmi ve frekansı ile ilgili yaklaşımların iyi bilinmesidir. Çip ve PCB arasındaki ara bağlantının ana sorunu, ara bağlantı yoğunluğunun çok yüksek olmasıdır. Verileri yakındaki bir devre kartına iletmek için çipin içinde yerel bir kablosuz verici kullanan yenilikçi bir çözüm sunuldu.

Bu çözüm işe yarasın ya da gitmesin, katılımcılar için IC tasarım teknolojisinin hf uygulamaları için PCB tasarım teknolojisinin çok ötesinde olduğu açıktı.

PCB ara bağlantısı

Hf PCB tasarımı için teknikler ve yöntemler aşağıdaki gibidir:

1. Geri dönüş kaybını azaltmak için iletim hattı köşesi için 45°’lik bir Açı kullanılmalıdır (Şekil 1);

Sıkı kontrol edilen yüksek performanslı yalıtım devre kartının seviyesine göre 2 yalıtım sabit değeri. Bu yöntem, yalıtım malzemesi ve bitişik kablolama arasındaki elektromanyetik alanın etkin yönetimi için faydalıdır.

3. Yüksek hassasiyetli aşındırma için PCB tasarım özellikleri iyileştirilmelidir. +/-0.0007 inçlik bir toplam hat genişliği hatası belirtmeyi, kablolama şekillerinin alttan kesme ve enine kesitlerini yönetmeyi ve kablolama yan duvar kaplama koşullarını belirtmeyi düşünün. Kablolama (tel) geometrisinin ve kaplama yüzeylerinin genel yönetimi, mikrodalga frekanslarıyla ilgili cilt etkilerini ele almak ve bu özellikleri uygulamak için önemlidir.

4. Çıkıntılı uçlarda kademe endüktansı vardır. Kablolu bileşenleri kullanmaktan kaçının. Yüksek frekanslı ortamlar için yüzeye monte bileşenlerin kullanılması en iyisidir.

5. Deliklerden sinyal almak için, hassas plaka üzerinde PTH işlemini kullanmaktan kaçının, çünkü bu işlem açık delikte kurşun endüktansına neden olabilir.

6. Bol miktarda zemin katmanı sağlayın. 3d elektromanyetik alanların devre kartını etkilemesini önlemek için bu topraklama katmanlarını bağlamak için kalıplanmış delikler kullanılır.

7. Elektroliz olmayan nikel kaplama veya daldırma altın kaplama işlemini seçmek için HASL kaplama yöntemini kullanmayın. Bu elektrolizle kaplanmış yüzey, yüksek frekanslı akımlar için daha iyi bir cilt etkisi sağlar (Şekil 2). Ek olarak, bu son derece kaynaklanabilir kaplama, daha az uç gerektirir ve çevre kirliliğinin azaltılmasına yardımcı olur.

8. Lehim direnci tabakası, lehim pastasının akmasını önleyebilir. Bununla birlikte, kalınlık belirsizliği ve bilinmeyen yalıtım performansı nedeniyle, tüm plaka yüzeyinin lehim dirençli malzeme ile kaplanması, mikroşerit tasarımında elektromanyetik enerjide büyük bir değişikliğe yol açacaktır. Genellikle lehim direnci tabakası olarak lehim barajı kullanılır.

Bu yöntemlere aşina değilseniz, askeriye için mikrodalga devre kartları üzerinde çalışmış deneyimli bir tasarım mühendisine danışın. Ayrıca, hangi fiyat aralığını karşılayabileceğinizi onlarla tartışabilirsiniz. Örneğin, bakır destekli bir eş düzlemli mikroşerit tasarımı kullanmak, bir şerit tasarımından daha ekonomiktir. Daha iyi bir fikir edinmek için bunu onlarla tartışın. İyi mühendisler maliyeti düşünmeye alışık olmayabilirler, ancak tavsiyeleri oldukça yardımcı olabilir. RF etkilerine aşina olmayan ve RF etkileriyle uğraşma konusunda tecrübesiz genç mühendisler yetiştirmek uzun soluklu bir iş olacaktır.

Ek olarak, bilgisayar modelini RF etkilerini işleyebilmek için geliştirmek gibi başka çözümler de benimsenebilir.

Harici cihazlarla PCB ara bağlantısı

Artık karttaki ve ayrık bileşenlerin ara bağlantılarındaki tüm sinyal yönetimi sorunlarını çözdüğümüzü varsayabiliriz. Peki devre kartından uzaktaki cihazı bağlayan kabloya giden sinyal giriş/çıkış problemini nasıl çözersiniz? Koaksiyel kablo teknolojisinde bir yenilikçi olan Trompeter Electronics, bu sorun üzerinde çalışıyor ve bazı önemli ilerlemeler kaydetti (Şekil 3). Ayrıca, aşağıdaki Şekil 4’te gösterilen elektromanyetik alana bir göz atın. Bu durumda, mikroşeritten koaksiyel kabloya dönüşümü yönetiyoruz. Koaksiyel kablolarda, zemin katmanları halkalar halinde iç içe geçmiştir ve eşit aralıklarla yerleştirilmiştir. Mikro kayışlarda topraklama katmanı aktif çizginin altındadır. Bu, tasarım zamanında anlaşılması, tahmin edilmesi ve dikkate alınması gereken belirli kenar etkilerini ortaya çıkarır. Tabii ki, bu uyumsuzluk aynı zamanda geri kayba da yol açabilir ve gürültü ve sinyal girişimini önlemek için en aza indirilmelidir.

İç empedans probleminin yönetimi göz ardı edilebilecek bir tasarım problemi değildir. Empedans, devre kartının yüzeyinde başlar, lehim bağlantısından bağlantıya geçer ve koaksiyel kabloda biter. Empedans frekansa göre değiştiğinden, frekans ne kadar yüksek olursa empedans yönetimi o kadar zor olur. Sinyalleri geniş bant üzerinden iletmek için daha yüksek frekansların kullanılması sorunu, ana tasarım sorunu olarak görünmektedir.

Bu makale özetler

PCB platform teknolojisi, IC tasarımcılarının gereksinimlerini karşılamak için sürekli iyileştirmeye ihtiyaç duyar. PCB tasarımında Hf sinyal yönetimi ve PCB kartında sinyal giriş/çıkış yönetimi sürekli iyileştirme gerektirir. Heyecan verici yenilikler ne olursa olsun, bant genişliğinin giderek artacağını düşünüyorum ve yüksek frekanslı sinyallerin kullanılması bu büyüme için bir ön koşul olacak.