二、PCB板內(nèi)互連
你的位置:首頁 > EMC安規(guī) > 正文
高速PCB設(shè)計(jì)指南(6):PCB互連設(shè)計(jì)中如何降低RF效應(yīng)
發(fā)布時(shí)間:2015-03-24 責(zé)任編輯:sherry
【導(dǎo)讀】電路板系統(tǒng)的互連包括:芯片到電路板、PCB板內(nèi)互連以及PCB與外部器件之間的三類互連。在RF設(shè)計(jì)中,互連點(diǎn)處的電磁特性是工程設(shè)計(jì)面臨的主要問題之一,本文介紹上述三類互連設(shè)計(jì)的各種技巧,內(nèi)容涉及器件安裝方法、布線的隔離以及減少引線電感的措施等等。
目前有跡象表明,印刷電路板設(shè)計(jì)的頻率越來越高。隨著數(shù)據(jù)速率的不斷增長(zhǎng),數(shù)據(jù)傳送所要求的帶寬也促使信號(hào)頻率上限達(dá)到1GHz,甚至更高。這種高頻信號(hào)技術(shù)雖然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出毫米波技術(shù)范圍(30GHz),但的確也涉及RF和低端微波技術(shù)。
RF工程設(shè)計(jì)方法必須能夠處理在較高頻段處通常會(huì)產(chǎn)生的較強(qiáng)電磁場(chǎng)效應(yīng)。這些電磁場(chǎng)能在相鄰信號(hào)線或PCB線上感生信號(hào),導(dǎo)致令人討厭的串?dāng)_(干擾及總噪聲),并且會(huì)損害系統(tǒng)性能。回?fù)p主要是由阻抗失配造成,對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的影響如加性噪聲和干擾產(chǎn)生的影響一樣。
高回?fù)p有兩種負(fù)面效應(yīng):
1. 信號(hào)反射回信號(hào)源會(huì)增加系統(tǒng)噪聲,使接收機(jī)更加難以將噪聲和信號(hào)區(qū)分開來;
2. 任何反射信號(hào)基本上都會(huì)使信號(hào)質(zhì)量降低,因?yàn)檩斎胄盘?hào)的形狀出現(xiàn)了變化。
盡管由于數(shù)字系統(tǒng)只處理1和0信號(hào)并具有非常好的容錯(cuò)性,但是高速脈沖上升時(shí)產(chǎn)生的諧波會(huì)導(dǎo)致頻率越高信號(hào)越弱。盡管前向糾錯(cuò)技術(shù)可以消除一些負(fù)面效應(yīng),但是系統(tǒng)的部分帶寬用于傳輸冗余數(shù)據(jù),從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低。一個(gè)較好的解決方案是讓RF效應(yīng)有助于而非有損于信號(hào)的完整性。建議數(shù)字系統(tǒng)最高頻率處(通常是較差數(shù)據(jù)點(diǎn))的回?fù)p總值為-25dB,相當(dāng)于VSWR為1.1。
PCB設(shè)計(jì)的目標(biāo)是更小、更快和成本更低。對(duì)于RF PCB而言,高速信號(hào)有時(shí)會(huì)限制PCB設(shè)計(jì)的小型化。目前,解決串?dāng)_問題的主要方法是進(jìn)行接地層管理,在布線之間進(jìn)行間隔和降低引線電感(stud capacitance)。降低回?fù)p的主要方法是進(jìn)行阻抗匹配。此方法包括對(duì)絕緣材料的有效管理以及對(duì)有源信號(hào)線和地線進(jìn)行隔離,尤其在狀態(tài)發(fā)生跳變的信號(hào)線和地之間更要進(jìn)行間隔。
由于互連點(diǎn)是電路鏈上最為薄弱的環(huán)節(jié),在RF設(shè)計(jì)中,互連點(diǎn)處的電磁性質(zhì)是工程設(shè)計(jì)面臨的主要問題,要考察每個(gè)互連點(diǎn)并解決存在的問題。電路板系統(tǒng)的互連包括芯片到電路板、PCB板內(nèi)互連以及PCB與外部裝置之間信號(hào)輸入/輸出等三類互連。
一、芯片到PCB板間的互連
Pentium IV以及包含大量輸入/輸出互連點(diǎn)的高速芯片已經(jīng)面世。就芯片本身而言,其性能可靠,并且處理速率已經(jīng)能夠達(dá)到1GHz。在最近GHz互連研討會(huì)(www.az.ww .com)上,最令人激動(dòng)之處在于:處理I/O數(shù)量和頻率不斷增長(zhǎng)問題的方法已經(jīng)廣為人知。芯片與PCB互連的最主要問題是互連密度太高會(huì)導(dǎo)致PCB材料的基本結(jié)構(gòu)成為限制互連密度增長(zhǎng)的因素。會(huì)議上提出了一個(gè)創(chuàng)新的解決方案,即采用芯片內(nèi)部的本地?zé)o線發(fā)射器將數(shù)據(jù)傳送到鄰近的電路板上。
無論此方案是否有效,與會(huì)人員都非常清楚:就高頻應(yīng)用而言,IC設(shè)計(jì)技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于PCB設(shè)計(jì)技術(shù)。
[page]
二、PCB板內(nèi)互連
進(jìn)行高頻PCB設(shè)計(jì)的技巧和方法如下:
1. 傳輸線拐角要采用45°角,以降低回?fù)p;
2. 要采用絕緣常數(shù)值按層次嚴(yán)格受控的高性能絕緣電路板。這種方法有利于對(duì)絕緣材料與鄰近布線之間的電磁場(chǎng)進(jìn)行有效管理。
3. 突出引線存在抽頭電感,要避免使用有引線的組件。高頻環(huán)境下,最好使用表面安裝組件。
4. 對(duì)信號(hào)過孔而言,要避免在敏感板上使用過孔加工(pth)工藝,因?yàn)樵摴に嚂?huì)導(dǎo)致過孔處產(chǎn)生引線電感。如一個(gè)20層板上的一個(gè)過孔用于連接1至3層時(shí),引線電感可影響4到19層。
5. 要提供豐富的接地層。要采用模壓孔將這些接地層連接起來防止3維電磁場(chǎng)對(duì)電路板的影響。
6. 要選擇非電解鍍鎳或浸鍍金工藝,不要采用HASL法進(jìn)行電鍍。這種電鍍表面能為高頻電流提供更好的趨膚效應(yīng)(圖2)。此外,這種高可焊涂層所需引線較少,有助于減少環(huán)境污染。
7. 阻焊層可防止焊錫膏的流動(dòng)。但是,由于厚度不確定性和絕緣性能的未知性,整個(gè)板表面都覆蓋阻焊材料將會(huì)導(dǎo)致微帶設(shè)計(jì)中的電磁能量的較大變化。一般采用焊壩(solder dam)來作阻焊層。
8. 要完善有關(guān)高精度蝕刻的PCB設(shè)計(jì)規(guī)范。要考慮規(guī)定線寬總誤差為+/-0.0007英寸、對(duì)布線形狀的下切(undercut)和橫斷面進(jìn)行管理并指定布線側(cè)壁電鍍條件。對(duì)布線(導(dǎo)線)幾何形狀和涂層表面進(jìn)行總體管理,對(duì)解決與微波頻率相關(guān)的趨膚效應(yīng)問題及實(shí)現(xiàn)這些規(guī)范相當(dāng)重要。如果你不熟悉這些方法,可向曾從事過軍用微波電路板設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)工程師咨詢。你還可同他們討論一下你所能承受的價(jià)格范圍。例如,采用背面覆銅共面(copper-backed coplanar)微帶設(shè)計(jì)比帶狀線設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì),你可就此同他們進(jìn)行討論以便得到更好的建議。優(yōu)秀的工程師可能不習(xí)慣考慮成本問題,但是其建議也是相當(dāng)有幫助的。現(xiàn)在要盡量對(duì)那些不熟悉RF效應(yīng)、缺乏處理RF效應(yīng)經(jīng)驗(yàn)的年輕工程師進(jìn)行培養(yǎng),這將會(huì)是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作。
此外,還可以采用其他解決方案,如改進(jìn)計(jì)算機(jī)型,使之具備RF效應(yīng)處理能力。
三、PCB與外部裝置互連
現(xiàn)在可以認(rèn)為我們解決了板上以及各個(gè)分立組件互連上的所有信號(hào)管理問題。那么怎么解決從電路板到連接遠(yuǎn)端器件導(dǎo)線的信號(hào)輸入/輸出問題呢?同軸電纜技術(shù)的創(chuàng)新者Trompeter Electronics公司正致力于解決這個(gè)問題,并已經(jīng)取得一些重要進(jìn)展(圖3)。 另外,看一下圖4中給出的電磁場(chǎng)。這種情況下,我們管理著微帶到同軸電纜之間的轉(zhuǎn)換。在同軸電纜中,地線層是環(huán)形交織的,并且間隔均勻。在微帶中,接地層在有源線之下。這就引入了某些邊緣效應(yīng),需在設(shè)計(jì)時(shí)了解、預(yù)測(cè)并加以考慮。當(dāng)然,這種不匹配也會(huì)導(dǎo)致回?fù)p,必須最大程度減小這種不匹配以避免產(chǎn)生噪音和信號(hào)干擾。
電路板內(nèi)阻抗問題的管理并不是一個(gè)可以忽略的設(shè)計(jì)問題。阻抗從電路板表層開始,然后通過一個(gè)焊點(diǎn)到接頭,最后終結(jié)于同軸電纜處。由于阻抗隨頻率變化,頻率越高,阻抗管理越難。在寬帶上采用更高頻率來傳輸信號(hào)的問題看來是設(shè)計(jì)中面臨的主要問題。
本文總結(jié):
PCB平臺(tái)技術(shù)需要不斷改進(jìn)以達(dá)到集成電路設(shè)計(jì)人員的要求。PCB設(shè)計(jì)中高頻信號(hào)的管理以及PCB電路板上信號(hào)輸入/輸出的管理都需要不斷的改進(jìn)。無論以后會(huì)發(fā)生什么令人激動(dòng)的創(chuàng)新,我都認(rèn)為帶寬將會(huì)越來越高,而采用高頻信號(hào)技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)這種帶寬不斷增長(zhǎng)的前提。
特別推薦
- 克服碳化硅制造挑戰(zhàn),助力未來電力電子應(yīng)用
- 了解交流電壓的產(chǎn)生
- 單結(jié)晶體管符號(hào)和結(jié)構(gòu)
- 英飛凌推出用于汽車應(yīng)用識(shí)別和認(rèn)證的新型指紋傳感器IC
- Vishay推出負(fù)載電壓達(dá)100 V的業(yè)內(nèi)先進(jìn)的1 Form A固態(tài)繼電器
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車載PoC電感器LQW32FT_8H系列
技術(shù)文章更多>>
- 高性能碳化硅隔離柵極驅(qū)動(dòng)器如何選型,一文告訴您
- 貿(mào)澤電子新品推薦:2024年第三季度推出將近7000個(gè)新物料
- 大聯(lián)大世平集團(tuán)的駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)(DMS)方案榮獲第六屆“金輯獎(jiǎng)之最佳技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用”獎(jiǎng)
- X-CUBE-STL:支持更多STM32, 揭開功能安全的神秘面紗
- 觸摸式OLED顯示屏有望重新定義汽車用戶界面
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
音頻IC
音頻SoC
音頻變壓器
引線電感
語音控制
元件符號(hào)
元器件選型
云電視
云計(jì)算
云母電容
真空三極管
振蕩器
振蕩線圈
振動(dòng)器
振動(dòng)設(shè)備
震動(dòng)馬達(dá)
整流變壓器
整流二極管
整流濾波
直流電機(jī)
智能抄表
智能電表
智能電網(wǎng)
智能家居
智能交通
智能手機(jī)
中電華星
中電器材
中功率管
中間繼電器