در الکترونیک فرکانس بالا، که سیگنال ها در سرعت 10 گیگاهرتز و بالاتر از آن حرکت می کنند، حتی از دست دادن 1 دی بایل می تواند عملکرد را فلج کند. یک ایستگاه پایه 5G ممکن است ارتباطات را قطع کند، یک سیستم رادار ممکن است اهداف را از دست دهد،یا یک فرستنده ماهواره ای ممکن است قادر به انتقال داده ها نباشد. از دست دادن سیگنال در اینجا فقط یک آزار نیست؛ آن را یک نقطه شکست بحرانی است. خبر خوب؟ با مواد مناسب و انتخاب طراحی، شما می توانید از دست دادن سیگنال را تا 60٪ کاهش دهید.اطمینان از عملکرد PCB فرکانس بالا به عنوان مورد نظراينطوري انجامش ميدي
چرا از دست دادن سیگنال در PCB های فرکانس بالا اتفاق می افتد
از دست دادن سیگنال (که اغلب از دست دادن ورودی نامیده می شود) در PCB های فرکانس بالا ناشی از سه عامل اصلی است. درک آنها اولین گام برای حل مشکل است:
a.از دست دادن دی الکتریک: انرژی هدر رفته به عنوان گرما در بستر PCB، ناشی از ثابت دی الکتریک مواد (Dk) و لمس از دست دادن (Df). Df بالاتر = از دست دادن بیشتر، به ویژه بالاتر از 28 GHz.
ب.از دست دادن هادی: مقاومت در ردپای مس، که توسط اثر پوست (سیگنال های فرکانس بالا که بر روی سطوح ردپای حرکت می کنند) و خشکی سطح بدتر می شود.
c. Radiation Loss: سیگنال های "سرب" از ردپای ناشی از مسیر ضعیف، زمین گیری ناکافی یا طول ردپای بیش از حد.
انتخاب مواد: پایه عملکرد کم ضرر
زیربنای PCB شما اولین خط دفاعی در برابر از دست دادن سیگنال است. در اینجا چگونگی مقایسه مواد بالا در 60 گیگاهرتز (فریکونسی ملم موج رایج برای 5G و رادار) است:
| مواد |
Dk (60 GHz) |
Df (60 GHz) |
از دست دادن دی الکتریک (dB/اینچ) |
از دست دادن هادی (dB/اینچ) |
از دست دادن کل (دبی/اینچ) |
بهترین برای |
| استاندارد FR-4 |
4.4 |
0.025 |
8.2 |
3.1 |
11.3 |
دستگاه های مصرفی <10 گیگاهرتز |
| روجرز RO4830 |
3.38 |
0.0027 |
1.9 |
2.8 |
4.7 |
باند متوسط 5G 24-30 GHz |
| ایزولا تاچیون 100G |
3.0 |
0.0022 |
1.5 |
2.5 |
4.0 |
سیستم های ام ام وی 50 ٫60 GHz |
| PTFE (بر اساس تفلون) |
2.1 |
0.0009 |
0.8 |
2.2 |
3.0 |
ماهواره/میکروویو (>70 گیگاهرتز) |
نکته کلیدی: مواد PTFE و Rogers در مقایسه با FR-4 در 60 گیگاهرتز 65٪ کاهش می یابد. برای اکثر طرح های فرکانس بالا، Rogers RO4830 عملکرد و هزینه را متعادل می کند.
طراحی استراتژی ها برای به حداقل رساندن از دست دادن سیگنال
حتی بهترین مواد نمی توانند از طراحی ضعیف جلوگیری کنند. از این تکنیک ها برای تکمیل انتخاب بستر خود استفاده کنید:
1. طول ردیف را کوتاه کنید
سیگنال های فرکانس بالا به سرعت با فاصله کاهش می یابند برای هر 1 اینچ از ردیابی در 60 گیگاهرتز:
a.FR-4 از دست دادن ~11 dB (تقریباً 90٪ از قدرت سیگنال).
b.PTFE از دست دادن ~ 3 dB (50٪ از قدرت).
راه حل: مسیرها را مستقیماً دنبال کنید و از پیچیدگی های غیرضروری اجتناب کنید. از الگوهای "dogbone" برای اتصال قطعات برای به حداقل رساندن طول بدون قربانی کردن قابلیت جوش استفاده کنید.
2مقاومت رو به دقت کنترل کن
عدم تطابق مقاومت (وقتی مقاومت ردیابی از هدف منحرف می شود، به عنوان مثال، 50 اوم) باعث از دست دادن بازتاب می شود.
چطور درستش کنیم:
از ابزار شبیه سازی (به عنوان مثال، Ansys SIwave) برای محاسبه عرض/فاصله ردیابی برای ماده خود استفاده کنید (به عنوان مثال، ردیابی های 50 اوم در RO4830 Rogers نیاز به عرض 7 میلی متر با فاصله 6 میلی متر دارند).
کوپن های تست مقاومت را به صفحه PCB خود اضافه کنید تا ثبات پس از تولید را بررسی کنید.
3. بهینه سازی سطوح زمین
یک هواپیما زمینی جامد به عنوان یک "آینه" برای سیگنال ها عمل می کند، از دست دادن اشعه را کاهش می دهد و مانع را ثبات می دهد.
بهترین شیوه ها:
a.از یک سطح زمین مستمر به طور مستقیم زیر رد های سیگنال استفاده کنید (بدون شکاف یا شکاف).
برای PCB های چند لایه، سطوح زمین را در کنار لایه های سیگنال قرار دهید (برای فرکانس های بالا با فاصله ≤0.02 اینچ).
4. کم کردن ویاس و استوب
ویاس ها (شکاف هایی که لایه ها را به هم متصل می کنند) باعث قطعیت های مقاومت می شوند، به خصوص اگر آنها:
a.بسیار بزرگ (قطر >10 میلی متر برای طرح های 50 اوم).
b. بدون پوشش یا به طور ضعیف پوشش داده شده است.
c. همراه با ′′stubs′′ (غیر استفاده شده از طریق طول فراتر از نقطه اتصال).
راه حل: از میکروویا (۶۸ میلی لیتر) با "حفر عقب" برای حذف تکه ها استفاده کنید، از دست دادن مربوط به ۴۰٪ کاهش می یابد.
5. اثر مس صاف
سطوح مس خشن باعث افزایش از دست دادن هادی تا 30٪ در 60 گیگاهرتز می شود (به دلیل مقاومت تقویت کننده اثر پوست).
a. راه حل: به جای مس استاندارد (۱.۵.۲.۰ μm) ، مس کم پروفایل (سطح خشکی < ۰.۵ μm) مشخص کنید. راجرز و ایزولا برای این منظور بستر هایی با مس کم پروفایل از پیش لایه دار ارائه می دهند.
نتایج دنیای واقعی: یک مطالعه موردی 5G
یک سازنده مخابراتی برای ماژول های 5G 28 گیگاهرتز خود از FR-4 به Rogers RO4830 تغییر کرد و استراتژی های طراحی بالا را اجرا کرد.
a. از دست دادن سیگنال از 8 دبیل به 3.2 دبیل در عرض 4 اینچ کاهش یافت.
b.باوری اتصال در آزمایشات ساحلی 45 درصد بهبود یافت.
c. تولید گرما (از دست دادن دی الکتریک) 28٪ کاهش یافته و طول عمر قطعات را افزایش می دهد.
نتیجه گیری
متوقف کردن از دست دادن سیگنال در PCB های فرکانس بالا نیاز به یک رویکرد دوگانه دارد: انتخاب مواد کم Df (مانند Rogers یا PTFE) و جفت آنها با کنترل های طراحی دقیق (جایگاه های کوتاه،تطبیق مقاومتبرای 5G، رادار یا سیستم های ماهواره ای، این ترکیب اختیاری نیست، این تفاوت بین یک محصول کار می کند و یکی که شکست می خورد.
با اولویت بندی عملکرد مواد و انضباط طراحی، شما اطمینان حاصل خواهید کرد که PCB فرکانس بالا سرعت، محدوده و قابلیت اطمینان مورد نیاز برنامه شما را ارائه می دهد.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
