Hogyan lehet minimalizálni az RF hatást a PCB összeköttetések tervezésénél?

Számos különböző módja van az RF hatás minimalizálásának a NYÁK összeköttetések tervezésénél. Ezek közé tartozik annak biztosítása, hogy a nyomvonalak ne legyenek egymás közelében, földelőrács használata, valamint az RF átviteli vonalak és más nyomvonalak elkülönítése.

Többrétegű konfiguráció

Az RF hatás a PCB összeköttetések tervezésénél gyakori probléma. Ez a hatás elsősorban a nem ideális áramköri tulajdonságok miatt jelentkezik. Ha például egy IC-t két különböző áramköri lapra helyezünk, akkor működési tartománya, harmonikus kibocsátása és interferenciaérzékenysége drasztikusan eltérő lesz.

E hatás minimalizálása érdekében többrétegű konfigurációra van szükség. Egy ilyen lapnak ésszerű elrendezéssel, nagyfrekvenciás impedanciával és egyszerű alacsony frekvenciás kábelezéssel kell rendelkeznie. A megfelelő hordozóanyag használata minimalizálja a jelveszteséget, és segít fenntartani az áramkörökben az egyenletes impedanciát. Ez azért kulcsfontosságú, mert a jelek az áramkörből az átviteli vonalakra lépnek át, és ezeknek állandó impedanciával kell rendelkezniük.

Az impedancia egy másik kérdés a NYÁK-összeköttetések tervezésénél. Ez két átviteli vonal relatív impedanciája, amely a PCB felületén kezdődik és a csatlakozóig vagy a koaxiális kábelig tart. Minél magasabb a frekvencia, annál nehezebb az impedancia kezelése. Ezért a magasabb frekvenciák alkalmazása jelentős tervezési kihívásnak tűnik.

Földi rács létrehozása

Az rf-hatás csökkentésének egyik módja, ha a NYÁK-on egy földelőrácsot hoz létre. A földrács egy sor dobozszelvény, amely nyomvonalakkal van összekötve a földdel. Célja a jelvisszatérési útvonal minimalizálása, miközben alacsony impedanciát tart fenn. Az alaprács lehet egyetlen nyomvonal vagy egymást átfedő nyomvonalak hálózata.

Az alaplap referenciaként szolgál a jelnyomvonalak impedanciájának kiszámításához. Egy ideális rendszerben a visszatérő áram ugyanazon a síkon marad, mint a jelnyomok. A valós rendszerekben azonban a visszatérő áram eltérhet az ideális útvonaltól különböző tényezők miatt, beleértve a NYÁK rézbevonatának és a felhasznált laminált anyagnak az eltéréseit.

RF átviteli vonalak elválasztása más nyomvonalaktól

Több nyomvonallal rendelkező áramkörök tervezésekor fontos, hogy az RF átviteli vonalakat elkülönítsük az áramkör többi részétől. Ezeknek a nyomvonalaknak az elválasztása fontos az áthallás megelőzése érdekében. Ennek elérése érdekében a legjobb, ha az RF átviteli vonalak legalább két nyomvonalszélességnyi távolságra vannak egymástól. Ez a távolság csökkenti a kisugárzott emisszió mennyiségét és minimalizálja a kapacitív csatolás kockázatát.

Az RF átviteli vonalakat jellemzően csíkvezetékekkel választják el más nyomvonalaktól. A többrétegű nyomtatott áramköri lapokon a csíkvezetékek legkönnyebben a belső rétegeken építhetők ki. A mikrocsíkokhoz hasonlóan a csíkvezetékek is rendelkeznek az RF átviteli vonal feletti és alatti alapsíkokkal. Bár a csíkvezetékek jobb szigetelést biztosítanak, mint a mikrocsíkvezetékek, általában nagyobb RF-veszteséggel rendelkeznek. Emiatt a csíkvezetékeket jellemzően magas szintű RF-jelekhez használják.

PTFE-kerámia használata

Az RF-hatás nagyon is valós probléma a NYÁK-összeköttetések tervezésénél. A magas frekvenciák miatt a nyomvonalon haladó jelek eltolódhatnak. Ez a dielektromos állandó változását okozza a jel sebességétől és a nyomvonalgeometriától függően. A PCB szubsztrát anyagának dielektromos állandója szintén befolyásolja a jel sebességét.

A kerámia és a forraszanyag összehasonlításakor a PTFE-kerámia előnyben van a FEP-kerámiával szemben. Míg az előbbi olcsóbb és könnyebben gyártható, csökkenti a jel megbízhatóságát. Emellett a PTFE-kerámia kevésbé szívja magába a nedvességet. Ha azonban a PTFE-kerámiát szénhidrogének borítják, a nedvességfelvétel megnő.

Szimmetrikus szalagvezetékes útválasztás használata

A szalagvezetékes útválasztás gyakori megközelítés a digitális áramkörök tervezésében. Két alaplap közé szendvicsszerűen beágyazott dielektromos réteget használ, amelynek közepén jelvezető vezetékek vannak. Ezt a módszert szimmetrikus szalagvezetéknek nevezik. A tipikus csíkvezeték méretek s=2,0, w=3,0, t=1,0 és b=5,0.

Ennek a módszernek két nagy előnye van a mikroszalaggal szemben. Lehetővé teszi a kisebb nyomvonalakat, amelyek nagyobb védelmet nyújtanak az agresszor jelekkel szemben. Ezenkívül a szalagvezetékes útválasztás segíthet minimalizálni az összeköttetés tervezésére gyakorolt RF-hatást. Azonban alapos megfontolást igényel a laprétegek egymásra helyezésével és az alaplapok közötti dielektromos anyagokkal kapcsolatban.

Ami a nyomtatott áramköri sáv szélességét illeti, az nem haladhatja meg a két hüvelyket. Ez fontos a nagysebességű logika esetében, amelynek emelkedési/esési ideje öt nanoszekundum. Célszerű a nagysebességű logikai NYÁK-sávokat karakterisztikus impedanciával lezárni, és kerülni az üregeket a referenciasíkon.