Comment minimiser l'effet RF dans la conception des interconnexions de circuits imprimés ?

Il existe plusieurs façons de minimiser l'effet RF dans une conception d'interconnexion de circuits imprimés. Il s'agit notamment de veiller à ce que les traces ne soient pas très proches les unes des autres, d'utiliser une grille de masse et de séparer les lignes de transmission RF des autres traces.

Configuration multicouche

L'effet RF dans la conception des interconnexions de circuits imprimés est un problème courant. Cet effet se produit principalement en raison des propriétés non idéales des circuits. Par exemple, si un circuit intégré est placé sur deux cartes différentes, sa plage de fonctionnement, ses émissions d'harmoniques et sa susceptibilité aux interférences seront radicalement différentes.

Pour minimiser cet effet, une configuration multicouche est nécessaire. Une telle carte doit avoir une disposition raisonnable, une impédance à haute fréquence et un câblage simple à basse fréquence. L'utilisation du bon matériau de substrat minimise la perte de signal et permet de maintenir une impédance constante sur l'ensemble des circuits. Ce point est crucial, car les signaux passent du circuit aux lignes de transmission, qui doivent avoir une impédance constante.

L'impédance est un autre aspect de la conception des interconnexions de circuits imprimés. Il s'agit de l'impédance relative de deux lignes de transmission, commençant à la surface du circuit imprimé et s'étendant jusqu'au connecteur ou au câble coaxial. Plus la fréquence est élevée, plus il est difficile de gérer l'impédance. C'est pourquoi l'utilisation de fréquences plus élevées semble constituer un défi important pour la conception.

Création d'une grille de sol

L'un des moyens de réduire l'effet des radiofréquences consiste à créer une grille de masse sur votre circuit imprimé. Une grille de masse est une série de sections de boîtes qui sont reliées par des traces à la masse. Son but est de minimiser le chemin de retour du signal, tout en maintenant une faible impédance. La grille de masse peut être constituée d'une seule trace ou d'un réseau de traces qui se chevauchent.

Le plan de masse sert de référence pour calculer l'impédance des traces de signaux. Dans un système idéal, le courant de retour reste sur le même plan que les traces de signal. Toutefois, dans les systèmes réels, le courant de retour peut s'écarter du chemin idéal en raison de divers facteurs, notamment des variations dans le placage de cuivre du circuit imprimé et le matériau stratifié utilisé.

Séparation des lignes de transmission RF des autres traces

Lors de la conception de circuits comportant plusieurs traces, il est important de séparer les lignes de transmission RF du reste du circuit. La séparation de ces lignes est importante pour éviter la diaphonie. Pour ce faire, il est préférable d'espacer les lignes de transmission RF d'au moins deux largeurs de trace. Cette distance réduit la quantité d'émissions rayonnées et minimise le risque de couplage capacitif.

Les lignes de transmission RF sont généralement séparées des autres traces par des striplines. Dans les circuits imprimés multicouches, les striplines sont plus faciles à construire sur les couches internes. Comme les lignes microruban, les striplines ont des plans de masse au-dessus et au-dessous de la ligne de transmission RF. Bien que les striplines offrent une meilleure isolation que les microrubans, elles ont tendance à avoir une perte RF plus élevée. C'est pourquoi les striplines sont généralement utilisées pour les signaux RF de haut niveau.

Utilisation de céramiques PTFE

L'effet RF est une préoccupation très réelle dans la conception des interconnexions de circuits imprimés. En raison des hautes fréquences, les signaux voyageant sur une trace peuvent se déplacer. La constante diélectrique change donc en fonction de la vitesse du signal et de la géométrie du tracé. La constante diélectrique du matériau du substrat du circuit imprimé affecte également la vitesse du signal.

Lorsque l'on compare les céramiques aux soudures, les céramiques PTFE ont un avantage sur les céramiques FEP. Si les premières sont moins chères et plus faciles à fabriquer, elles réduisent la fiabilité du signal. En outre, les céramiques PTFE sont moins susceptibles d'absorber l'humidité. Toutefois, si les céramiques PTFE sont recouvertes d'hydrocarbures, l'absorption d'humidité augmentera.

Utilisation de l'acheminement symétrique par stripline

Le routage en stripline est une approche courante dans la conception de circuits numériques. Il utilise une couche diélectrique prise en sandwich entre deux plans de masse avec des conducteurs porteurs de signaux au centre. Cette méthode est appelée stripline symétrique. Les dimensions typiques d'une stripline sont s=2,0, w=3,0, t=1,0 et b=5,0.

Cette méthode présente deux avantages majeurs par rapport au microruban. Elle permet des tracés plus petits, qui offrent une meilleure protection contre les signaux agresseurs. En outre, le routage par stripline peut contribuer à minimiser l'impact des radiofréquences sur la conception de l'interconnexion. Cependant, il faut tenir compte de l'empilement des couches de la carte et des matériaux diélectriques entre les plans de masse.

Quant à la largeur des pistes du circuit imprimé, elle ne doit pas dépasser deux pouces. C'est important pour la logique à grande vitesse, qui a un temps de montée/descente de cinq nanosecondes. Il est conseillé de terminer les pistes du circuit imprimé de logique à grande vitesse par une impédance caractéristique et d'éviter les vides dans le plan de référence.