Jak minimalizovat RF efekt při návrhu propojení DPS

Existuje řada různých způsobů, jak minimalizovat vf efekt při návrhu propojení desek plošných spojů. Některé z nich zahrnují zajištění toho, aby stopy nebyly v těsné blízkosti, použití zemnící mřížky a oddělení VF přenosových vedení od ostatních stop.

Vícevrstvá konfigurace

RF efekt při návrhu propojení desek plošných spojů je častým problémem. K tomuto jevu dochází zejména kvůli neideálním vlastnostem obvodu. Pokud je například integrovaný obvod umístěn na dvou různých deskách plošných spojů, jeho provozní rozsah, emise harmonických a citlivost na rušení se budou výrazně lišit.

Pro minimalizaci tohoto efektu je nutné použít vícevrstvou konfiguraci. Taková deska by měla mít rozumné uspořádání, vysokofrekvenční impedanci a jednoduché nízkofrekvenční zapojení. Použití správného materiálu substrátu minimalizuje ztráty signálu a pomáhá udržet konzistentní impedanci v celém obvodu. To je zásadní, protože signály přecházejí z obvodu na přenosové vedení a musí mít konstantní impedanci.

Dalším problémem při návrhu propojení desek plošných spojů je impedance. Jedná se o relativní impedanci dvou přenosových vedení, která začíná na povrchu DPS a pokračuje ke konektoru nebo koaxiálnímu kabelu. Čím vyšší je frekvence, tím obtížnější je impedanci zvládnout. Proto se použití vyšších frekvencí jeví jako značná konstrukční výzva.

Vytvoření zemní mřížky

Jedním ze způsobů, jak snížit rf efekt, je vytvořit na desce plošných spojů zemnící mřížku. Zemnicí mřížka je řada krabicových sekcí, které jsou spojeny stopami se zemí. Jejím účelem je minimalizovat zpětnou cestu signálu při zachování nízké impedance. Zemnicí mřížku může tvořit buď jediná stopa, nebo síť překrývajících se stop.

Zemní rovina slouží jako referenční bod pro výpočet impedance signálových stop. V ideálním systému zůstává zpětný proud ve stejné rovině jako signálové stopy. V reálných systémech se však zpětný proud může od ideální dráhy odchýlit v důsledku různých faktorů, včetně rozdílů v měděném pokovení desky plošných spojů a použitém materiálu laminátu.

Oddělení VF přenosových vedení od ostatních stop

Při návrhu obvodů s více stopami je důležité oddělit VF přenosové linky od zbytku obvodu. Oddělení těchto stop je důležité, aby se zabránilo přeslechům. Toho lze nejlépe dosáhnout tak, že se VF přenosová vedení od sebe vzdálí alespoň na šířku dvou stop. Tato vzdálenost snižuje množství vyzařovaných emisí a minimalizuje riziko kapacitní vazby.

VF přenosová vedení jsou obvykle od ostatních stop oddělena proužky. U vícevrstvých desek s plošnými spoji se proužky nejsnáze vytvářejí na vnitřních vrstvách. Stejně jako mikropásky mají proužky zemnící roviny nad a pod VF přenosovým vedením. Páskové vedení sice nabízí lepší izolaci než mikropáskové, ale má obvykle vyšší VF ztráty. Z tohoto důvodu se proužková vedení obvykle používají pro vysokofrekvenční signály.

Použití teflonové keramiky

V oblasti návrhu propojení desek plošných spojů je RF efekt velmi reálným problémem. V důsledku vysokých frekvencí se mohou signály pohybující se po stopě posunout. To způsobuje změnu dielektrické konstanty v závislosti na rychlosti signálu a geometrii vedení. Rychlost signálu ovlivňuje také dielektrická konstanta materiálu substrátu DPS.

Při porovnání keramiky s pájkou má PTFE keramika výhodu před FEP keramikou. Ta je sice levnější a snadněji se vyrábí, ale snižuje spolehlivost signálu. Kromě toho je u PTFE keramiky menší pravděpodobnost, že bude absorbovat vlhkost. Pokud je však PTFE keramika pokryta uhlovodíky, absorpce vlhkosti se zvýší.

Použití symetrického páskového vedení

Páskové směrování je běžný přístup při návrhu digitálních obvodů. Používá dielektrickou vrstvu vloženou mezi dvě zemní roviny s vodiči přenášejícími signál uprostřed. Tato metoda se nazývá symetrické páskové vedení. Typické rozměry stripline jsou s=2,0, w=3,0, t=1,0 a b=5,0.

Tato metoda má oproti mikropáskovému vedení dvě hlavní výhody. Umožňuje použití menších stop, které poskytují větší ochranu před agresivními signály. Kromě toho může směrování pásků pomoci minimalizovat vliv VF na návrh propojení. Vyžaduje však pečlivé zvážení uspořádání vrstev desky a dielektrických materiálů mezi zemními rovinami.

Co se týče šířky stopy PCB, neměla by přesahovat dva palce. To je důležité pro vysokorychlostní logiku, která má dobu náběhu a pádu pět nanosekund. Je vhodné ukončit vysokorychlostní logické stopy na PCB s charakteristickou impedancí a vyhnout se dutinám v referenční rovině.