PCB設(shè)計(jì)的目標(biāo)是更小、更快和成本更低。對于RFPCB而言,高速信號有時會限制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(studcapacitance)。降低回?fù)p的主要方法是進(jìn)行阻抗匹配。此方法包括對絕緣材料的有效管理以及對有源信號線和地線進(jìn)行隔離,尤其在狀態(tài)發(fā)生跳變的信號線和地之間更要進(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互連研討會上,最令人激動之處在于:處理I/O數(shù)量和頻率不斷增長問題的方法已經(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導(dǎo)致PCB材料的基本結(jié)構(gòu)成為限制互連密度增長的因素。會議上提出了一個創(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)。
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。這種方法有利于對絕緣材料與鄰近布線之間的電磁場進(jìn)行有效管理。
3. 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。對布線(導(dǎo)線)幾何形狀和涂層表面進(jìn)行總體管理,對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。
4. 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。
5. 對信號過孔而言,要避免在敏感板上使用過孔加工(pth)工藝,因?yàn)樵摴に嚂?dǎo)致過孔處產(chǎn)生引線電感。如一個20層板上的一個過孔用于連接1至3層時,引線電感可影響4到19層。
6. 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維電磁場對電路板的影響。
7. 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)。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。
8. 阻焊層可防止焊錫膏的流動。但是,由于厚度不確定性和絕緣性能的未知性,整個板表面都覆蓋阻焊材料將會導(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(solderdam)來作阻焊層。
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格范圍。例如,采用背面覆銅共面 (copper-backedcoplanar)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?,F(xiàn)在要盡量對那些不熟悉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),這將會是一項(xiàng)長期工作。
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分立組件互連上的所有信號管理問題。那么怎么解決從電路板到連接遠(yuǎn)端器件導(dǎo)線的信號輸入/輸出問題呢?同軸電纜技術(shù)的創(chuàng)新者TrompeterElectronics公司正致力于解決這個問題,并已經(jīng)取得一些重要進(jìn)展。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)時了解、預(yù)測并加以考慮。當(dāng)然,這種不匹配也會導(dǎo)致回?fù)p,必須最大程度減小這種不匹配以避免產(chǎn)生噪音和信號干擾。
電路板內(nèi)阻抗問題的管理并不是一個可以忽略的設(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的問題看來是設(shè)計(jì)中面臨的主要問題。
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