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PCB设计中的三类互连设计

来源:    编辑:    发布时间:2020-12-04 06:50:25    浏览量:

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。

建议数字系统最高频率处(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RF PCB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进行接地层管理,在布线之间进行间隔和降低引线电感(stud capacitance)。

降低回损的主要方法是进行阻抗匹配。

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进行隔离,尤其在状态发生跳变的信号线和地之间更要进行间隔。

由于互连点是电路链上最为薄弱的环节,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。

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

PCB板内互连

进行高频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);

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进行有效管理。

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)和横断面进行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进行总体管理,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,要避免使用有引线的组件。

高频环境下,最好使用表面安装组件。

5. 对信号过孔而言,要避免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法进行电镀。

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。

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(solder dam)来作阻焊层。

此外,还可以采用其他解决方案,如改进计算机型,使之具备RF效应处理能力。

PCB与外部装置互连

现在可以认为大家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Trompeter Electronics企业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,看一下图4中给出的电磁场。

这种情况下,大家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,必须最大程度减小这种不匹配以避免产生噪音和信号干扰。

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,最后终结于同轴电缆处。

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。

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