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降低PCB互连设计RF效应小技巧.docx

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  • 卖家[上传人]:菲***
  • 文档编号:320248587
  • 上传时间:2022-06-30
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    • Word版本下载可任意编辑】 降低PCB互连设计RF效应小技巧 导读:本文将介绍电路板系统的芯片到电路板、PCB板内互连以及PCB与外部器件之间的三类互连设计的各种技巧,包括器件安装、布线的隔离以及减少引线电感的措施等,以帮助设计师降低PCB互连设计中的RF效应 电路板系统的互连包括:芯片到电路板、PCB板内互连以及PCB与外部器件之间的三类互连在RF设计中,互连点处的电磁特性是工程设计面临的主要问题之一,本文介绍上述三类互连设计的各种技巧,内容涉及器件安装方法、布线的隔离以及减少引线电感的措施等等 目前有迹象说明,印刷电路板设计的频率越来越高随着数据速率的不断增长,数据传送所要求的带宽也促使信号频率上限到达1GHz,甚至更高这种高频信号技术虽然远远超出毫米波技术范围(30GHz),但确实也涉及RF和低端微波技术 RF工程设计方法必须能够处理在较高频段处通常会产生的较强电磁场效应这些电磁场能在相邻信号线或PCB线上感生信号,导致令人讨厌的串扰(干扰及总噪声),并且会损害系统性能回损主要是由阻抗失配造成,对信号产生的影响如加性噪声和干扰产生的影响一样 高回损有两种负面效应: 1.信号反射回信号源会增加系统噪声,使接收机更加难以将噪声和信号区分开来; 2.任何反射信号基本上都会使信号质量降低,因为输入信号的形状出现了变化。

      尽管由于数字系统只处理1和0信号并具有非常好的容错性,但是高速脉冲上升时产生的谐波会导致频率越高信号越弱尽管前向纠错技术可以消除一些负面效应,但是系统的部分带宽用于传输冗余数据,从而导致系统性能的降低一个较好的解决方案是让RF效应有助于而非有损于信号的完整性建议数字系统频率处(通常是较差数据点)的回损总值为-25dB,相当于VSWR为1.1. PCB设计的目标是更小、更快和成本更低对于RFPCB而言,高速信号有时会限制PCB设计的小型化目前,解决串扰问题的主要方法是开展接地层管理,在布线之间开展间隔和降低引线电感(studcapacitance)降低回损的主要方法是开展阻抗匹配此方法包括对绝缘材料的有效管理以及对有源信号线和地线开展隔离,尤其在状态发生跳变的信号线和地之间更要开展间隔 由于互连点是电路链上为薄弱的环节,在RF设计中,互连点处的电磁性质是工程设计面临的主要问题,要考察每个互连点并解决存在的问题电路板系统的互连包括芯片到电路板、PCB板内互连以及PCB与外部装置之间信号输入/输出等三类互连 一、芯片到PCB板间的互连 Pentium IV以及包含大量输入/输出互连点的高速芯片已经面世。

      就芯片本身而言,其性能可靠,并且处理速率已经能够到达1GHz.在近GHz互连研讨会上,令人激动之处在于:处理I/O数量和频率不断增长问题的方法已经广为人知芯片与PCB互连的主要问题是互连密度太高会导致PCB材料的基本构造成为限制互连密度增长的因素会议上提出了一个创新的解决方案,即采用芯片内部的本地无线发射器将数据传送到邻近的电路板上无论此方案是否有效,与会人员都非常清楚:就高频应用而言,IC设计技术已远远于PCB设计技术 二、PCB板内互连 开展高频PCB设计的技巧和方法如下: 1. 传输线拐角要采用45°角,以降低回损(图1); 图1:高频PCB设计的技巧:传输拐角采用45°角 2. 要采用绝缘常数值按层次严格受控的高性能绝缘电路板这种方法有利于对绝缘材料与邻近布线之间的电磁场开展有效管理 3. 要完善有关高精度蚀刻的PCB设计规范要考虑规定线宽总误差为+/-0.0007英寸、对布线形状的下切(undercut)和横断面开展管理并指定布线侧壁电镀条件对布线(导线)几何形状和涂层表面开展总体管理,对解决与微波频率相关的趋肤效应问题及实现这些规范相当重要。

      4. 突出引线存在抽头电感,要防止使用有引线的组件高频环境下,使用表面安装组件 5. 对信号过孔而言,要防止在敏感板上使用过孔加工(pth)工艺,因为该工艺会导致过孔处产生引线电感如一个20层板上的一个过孔用于连接1至3层时,引线电感可影响4到19层 6. 要提供丰富的接地层要采用模压孔将这些接地层连接起来防止3维电磁场对电路板的影响 7. 要选择非电解镀镍或浸镀金工艺,不要采用HASL法开展电镀这种电镀表面能为高频电流提供更好的趋肤效应(图2)此外,这种高可焊涂层所需引线较少,有助于减少环境污染 图2:高频PCB设计的技巧:趋肤效应 8. 阻焊层可防止焊锡膏的流动但是,由于厚度不确定性和绝缘性能的未知性,整个板表面都覆盖阻焊材料将会导致微带设计中的电磁能量的较大变化一般采用焊坝(solderdam)来作阻焊层 如果你不熟悉这些方法,可向曾从事过军用微波电路板设计的经验丰富的设计工程师咨询你还可同他们讨论一下你所能承受的价格范围例如,采用反面覆铜共面(copper-backedcoplanar)微带设计比带状线设计更为经济,你可就此同他们开展讨论以便得到更好的建议。

      的工程师可能不习惯考虑成本问题,但是其建议也是相当有帮助的现在要尽量对那些不熟悉RF效应、缺乏处理RF效应经验的年轻工程师开展培养,这将会是一项长期工作 此外,还可以采用其他解决方案,如改良计算机型,使之具备RF效应处理能力 三、PCB与外部装置互连 现在可以认为我们解决了板上以及各个分立组件互连上的所有信号管理问题那么怎么解决从电路板到连接远端器件导线的信号输入/输出问题呢?同轴电缆技术的创新者TrompeterElectronics公司正致力于解决这个问题,并已经取得一些重要进展(图3) 另外,看一下列图4中给出的电磁场这种情况下,我们管理着微带到同轴电缆之间的转换在同轴电缆中,地线层是环形交织的,并且间隔均匀在微带中,接地层在有源线之下这就引入了某些边缘效应,需在设计时了解、预测并加以考虑当然,这种不匹配也会导致回损,必须减小这种不匹配以防止产生噪音和信号干扰 图3、4:PCB与外部装置互连技巧 电路板内阻抗问题的管理并不是一个可以忽略的设计问题阻抗从电路板表层开始,然后通过一个焊点到接头,终结于同轴电缆处由于阻抗随频率变化,频率越高,阻抗管理越难。

      在宽带上采用更高频率来传输信号的问题看来是设计中面临的主要问题 5 / 5。

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