Sự kết nối của bảng mạch in hệ thống bao gồm chip-to-board, kết nối bên trong PCB và kết nối giữa PCB và các thiết bị bên ngoài. Trong thiết kế RF, các đặc tính điện từ tại điểm kết nối là một trong những vấn đề chính mà thiết kế kỹ thuật phải đối mặt. Bài báo này giới thiệu các kỹ thuật khác nhau của ba loại thiết kế kết nối trên, bao gồm các phương pháp lắp đặt thiết bị, cách ly hệ thống dây điện và các biện pháp giảm điện cảm của dây dẫn.

Có những dấu hiệu cho thấy bảng mạch in đang được thiết kế với tần suất ngày càng cao. Khi tốc độ dữ liệu tiếp tục tăng, băng thông cần thiết để truyền dữ liệu cũng đẩy trần tần số tín hiệu lên 1GHz hoặc cao hơn. Công nghệ tín hiệu tần số cao này, mặc dù vượt xa công nghệ sóng milimet (30GHz), nhưng nó liên quan đến công nghệ vi sóng RF và cấp thấp.

Các phương pháp thiết kế kỹ thuật RF phải có khả năng xử lý các hiệu ứng trường điện từ mạnh hơn thường được tạo ra ở tần số cao hơn. Các trường điện từ này có thể tạo ra tín hiệu trên các đường tín hiệu lân cận hoặc đường PCB, gây ra nhiễu xuyên âm không mong muốn (nhiễu và nhiễu tổng) và gây hại cho hiệu suất của hệ thống. Sự tồn đọng chủ yếu gây ra bởi sự không phù hợp trở kháng, có ảnh hưởng tương tự đến tín hiệu như nhiễu cộng và nhiễu.

Suy hao trở lại cao có hai tác động tiêu cực: 1. Tín hiệu bị phản xạ trở lại nguồn tín hiệu sẽ làm tăng nhiễu của hệ thống, khiến người nhận khó phân biệt nhiễu từ tín hiệu; 2. 2. Bất kỳ tín hiệu phản xạ nào về cơ bản sẽ làm suy giảm chất lượng của tín hiệu do hình dạng của tín hiệu đầu vào thay đổi.

Mặc dù các hệ thống kỹ thuật số có khả năng chịu lỗi rất cao vì chúng chỉ xử lý các tín hiệu 1 và 0, các sóng hài được tạo ra khi xung tăng ở tốc độ cao làm cho tín hiệu yếu hơn ở tần số cao hơn. Mặc dù sửa lỗi chuyển tiếp có thể loại bỏ một số tác động tiêu cực, một phần băng thông hệ thống được sử dụng để truyền dữ liệu dư thừa, dẫn đến giảm hiệu suất. Một giải pháp tốt hơn là có các hiệu ứng RF giúp ích hơn là làm giảm tính toàn vẹn của tín hiệu. Khuyến nghị rằng tổng tổn thất trả về ở tần số cao nhất của hệ thống kỹ thuật số (thường là điểm dữ liệu kém) là -25dB, tương đương với VSWR là 1.1.

Thiết kế PCB nhằm mục đích nhỏ hơn, nhanh hơn và ít tốn kém hơn. Đối với RFPCB, tín hiệu tốc độ cao đôi khi hạn chế việc thu nhỏ các thiết kế PCB. Hiện tại, phương pháp chính để giải quyết vấn đề chéo là thực hiện quản lý kết nối đất, tiến hành khoảng cách giữa các dây và giảm điện cảm của dây dẫn. Phương pháp chính để giảm tổn thất trở lại là kết hợp trở kháng. Phương pháp này bao gồm quản lý hiệu quả vật liệu cách điện và cách ly các đường tín hiệu hoạt động và đường dây nối đất, đặc biệt là giữa trạng thái của đường dây tín hiệu và mặt đất.

Bởi vì điểm kết nối là liên kết yếu nhất trong chuỗi mạch, trong thiết kế RF, các đặc tính điện từ của điểm kết nối là vấn đề chính mà thiết kế kỹ thuật phải đối mặt, mỗi điểm kết nối cần được nghiên cứu và giải quyết các vấn đề hiện có. Kết nối bảng mạch bao gồm kết nối chip-với-board mạch, kết nối PCB và kết nối tín hiệu vào / ra giữa PCB và các thiết bị bên ngoài.

I. Kết nối giữa chip và bảng mạch PCB

Cho dù giải pháp này có hiệu quả hay không, những người tham dự đã rõ ràng rằng công nghệ thiết kế vi mạch đã vượt xa công nghệ thiết kế PCB cho các ứng dụng hf.

Kết nối PCB

Các kỹ thuật và phương pháp thiết kế PCB hf như sau:

1. Góc 45 ° nên được sử dụng cho góc đường truyền để giảm suy hao hồi lưu (Hình 1);

2 giá trị không đổi cách điện theo mức độ của bảng mạch cách điện hiệu suất cao được kiểm soát chặt chẽ. Phương pháp này có lợi cho việc quản lý hiệu quả trường điện từ giữa vật liệu cách điện và hệ thống dây điện liền kề.

3. Các thông số kỹ thuật thiết kế PCB để khắc chính xác cao cần được cải thiện. Xem xét chỉ định tổng sai số chiều rộng đường dây là +/- 0.0007 inch, quản lý đường cắt và mặt cắt của hình dạng dây dẫn và chỉ định các điều kiện mạ tường bên đi dây. Quản lý tổng thể hình học của dây (dây) và bề mặt lớp phủ là rất quan trọng để giải quyết các hiệu ứng da liên quan đến tần số vi sóng và thực hiện các thông số kỹ thuật này.

4. Có cảm ứng vòi trong dây dẫn nhô ra. Tránh sử dụng các thành phần có đầu dẫn. Đối với môi trường tần số cao, tốt nhất là sử dụng các thành phần gắn trên bề mặt.

5. Đối với tín hiệu xuyên qua lỗ, tránh sử dụng quy trình PTH trên tấm nhạy, vì quy trình này có thể gây ra điện cảm chì tại lỗ xuyên. Độ tự cảm của chì có thể ảnh hưởng đến các lớp từ 4 đến 19 nếu một lỗ xuyên qua trên bảng 20 lớp được sử dụng để kết nối các lớp 1 đến 3.

6. Cung cấp các lớp mặt đất dồi dào. Các lỗ đúc được sử dụng để kết nối các lớp tiếp đất này nhằm ngăn chặn trường điện từ 3d ảnh hưởng đến bảng mạch.

7. Để chọn quy trình mạ niken không điện phân hoặc mạ vàng nhúng, không sử dụng phương pháp mạ HASL. Bề mặt mạ điện này mang lại hiệu ứng da tốt hơn đối với dòng điện tần số cao (Hình 2). Ngoài ra, lớp phủ có tính hàn cao này cần ít chì hơn, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

8. Lớp kháng hàn có thể ngăn chảy keo hàn. Tuy nhiên, do độ dày không chắc chắn và hiệu suất cách nhiệt không rõ, việc bao phủ toàn bộ bề mặt tấm bằng vật liệu kháng hàn sẽ dẫn đến sự thay đổi lớn về năng lượng điện từ trong thiết kế microstrip. Nói chung, thép hàn được sử dụng làm lớp kháng hàn.

Nếu bạn không quen với các phương pháp này, hãy tham khảo ý kiến ​​của một kỹ sư thiết kế có kinh nghiệm, người đã từng làm việc về bảng mạch vi sóng cho quân đội. Bạn cũng có thể thảo luận với họ về mức giá mà bạn có thể mua được. Ví dụ: sẽ tiết kiệm hơn nếu sử dụng thiết kế microstrip được hỗ trợ bằng đồng thay vì thiết kế dải và bạn có thể thảo luận vấn đề này với họ để nhận được lời khuyên tốt hơn. Các kỹ sư giỏi có thể không quen nghĩ về chi phí, nhưng lời khuyên của họ có thể khá hữu ích. Sẽ là một công việc lâu dài để đào tạo các kỹ sư trẻ chưa quen với các hiệu ứng RF và thiếu kinh nghiệm trong việc xử lý các hiệu ứng RF.

Ngoài ra, các giải pháp khác có thể được áp dụng, chẳng hạn như cải tiến mô hình máy tính để có thể xử lý các hiệu ứng RF.

Kết nối PCB với các thiết bị bên ngoài

Bây giờ chúng ta có thể giả định rằng chúng ta đã giải quyết được tất cả các vấn đề về quản lý tín hiệu trên bo mạch và trên các kết nối của các thành phần rời rạc. Vậy làm cách nào để giải quyết vấn đề tín hiệu vào / ra từ board mạch đến dây kết nối thiết bị từ xa? TrompeterElectronics, một nhà cải tiến trong công nghệ cáp đồng trục, đang nghiên cứu vấn đề này và đã đạt được một số tiến bộ quan trọng (hình 3). Ngoài ra, hãy nhìn vào trường điện từ được hiển thị trong Hình 4 bên dưới. Trong trường hợp này, chúng tôi quản lý việc chuyển đổi từ microstrip sang cáp đồng trục. Trong cáp đồng trục, các lớp nối đất được xen kẽ trong các vòng và cách đều nhau. Trong microbelts, lớp nối đất nằm dưới dòng hoạt động. Điều này giới thiệu các hiệu ứng cạnh nhất định cần được hiểu, dự đoán và xem xét tại thời điểm thiết kế. Tất nhiên, sự không phù hợp này cũng có thể dẫn đến tồn đọng và phải được giảm thiểu để tránh nhiễu và nhiễu tín hiệu.

Việc quản lý vấn đề trở kháng bên trong không phải là một vấn đề thiết kế có thể được bỏ qua. Trở kháng bắt đầu từ bề mặt của bảng mạch, đi qua một mối hàn đến mối nối và kết thúc ở cáp đồng trục. Vì trở kháng thay đổi theo tần số, tần số càng cao thì việc quản lý trở kháng càng khó khăn. Vấn đề sử dụng tần số cao hơn để truyền tín hiệu qua băng thông rộng dường như là vấn đề thiết kế chính.