Come ridurre al minimo l'effetto RF nella progettazione di interconnessioni PCB

Esistono diversi modi per ridurre al minimo l'effetto RF in un progetto di interconnessione di un circuito stampato. Alcuni di questi includono la garanzia che le tracce non siano in stretta prossimità l'una dell'altra, l'uso di una griglia di terra e la separazione delle linee di trasmissione RF dalle altre tracce.

Configurazione multistrato

L'effetto RF nella progettazione delle interconnessioni dei circuiti stampati è un problema comune. Questo effetto si verifica principalmente a causa di proprietà circuitali non ideali. Ad esempio, se un circuito integrato viene collocato su due schede diverse, la sua gamma operativa, le emissioni armoniche e la suscettibilità alle interferenze saranno drasticamente diverse.

Per minimizzare questo effetto, è necessaria una configurazione multistrato. Una scheda di questo tipo deve avere un layout ragionevole, un'impedenza ad alta frequenza e un cablaggio semplice a bassa frequenza. L'uso del materiale corretto per il substrato riduce al minimo la perdita di segnale e aiuta a mantenere un'impedenza costante in tutti i circuiti. Questo aspetto è fondamentale perché i segnali passano dal circuito alle linee di trasmissione, che devono avere un'impedenza costante.

L'impedenza è un altro aspetto della progettazione delle interconnessioni su PCB. Si tratta dell'impedenza relativa di due linee di trasmissione, a partire dalla superficie del PCB fino al connettore o al cavo coassiale. Più alta è la frequenza, più difficile è gestire l'impedenza. Pertanto, l'uso di frequenze più elevate sembra essere una sfida significativa per la progettazione.

Creazione di una griglia di terra

Un modo per ridurre l'effetto rf è quello di creare una griglia di terra sul PCB. Una griglia di massa è una serie di sezioni di scatole collegate a terra da tracce. Il suo scopo è quello di ridurre al minimo il percorso di ritorno del segnale, pur mantenendo una bassa impedenza. La griglia di massa può essere costituita da una singola traccia o da una rete di tracce sovrapposte.

Il piano di massa funge da riferimento per calcolare l'impedenza delle tracce di segnale. In un sistema ideale, la corrente di ritorno rimane sullo stesso piano delle tracce di segnale. Tuttavia, nei sistemi reali, la corrente di ritorno può deviare dal percorso ideale a causa di vari fattori, tra cui le variazioni della placcatura in rame del PCB e del materiale laminato utilizzato.

Separazione delle linee di trasmissione RF dalle altre tracce

Quando si progettano circuiti con tracce multiple, è importante separare le linee di trasmissione RF dal resto del circuito. La separazione di queste tracce è importante per evitare la diafonia. A tal fine, è preferibile distanziare le linee di trasmissione RF di almeno due larghezze di traccia. Questa distanza riduce la quantità di emissioni irradiate e minimizza il rischio di accoppiamento capacitivo.

Le linee di trasmissione RF sono tipicamente separate dalle altre tracce da striline. Nei circuiti stampati multistrato, le striline si costruiscono più facilmente sugli strati interni. Come le microstrisce, le striline hanno piani di massa sopra e sotto la linea di trasmissione RF. Sebbene le striline offrano un isolamento migliore rispetto alla microstriscia, tendono ad avere una perdita RF più elevata. Per questo motivo, le striline sono tipicamente utilizzate per segnali RF di alto livello.

Utilizzo di ceramiche PTFE

L'effetto RF è un problema molto sentito nella progettazione delle interconnessioni dei circuiti stampati. A causa delle alte frequenze, i segnali che viaggiano su una traccia possono spostarsi. Questo fa sì che la costante dielettrica cambi a seconda della velocità del segnale e della geometria della traccia. Anche la costante dielettrica del materiale del substrato del PCB influisce sulla velocità del segnale.

Se si confronta la ceramica con la saldatura, la ceramica PTFE è in vantaggio rispetto alla ceramica FEP. Sebbene la prima sia più economica e facile da fabbricare, riduce l'affidabilità del segnale. Inoltre, la ceramica PTFE ha meno probabilità di assorbire l'umidità. Tuttavia, se la ceramica PTFE è coperta da idrocarburi, l'assorbimento di umidità aumenta.

Utilizzo dell'instradamento simmetrico delle stripline

L'instradamento a stripline è un approccio comune nella progettazione dei circuiti digitali. Utilizza uno strato dielettrico interposto tra due piani di massa con i conduttori che trasportano il segnale al centro. Questo metodo è chiamato stripline simmetrica. Le dimensioni tipiche delle stripline sono s=2,0, w=3,0, t=1,0 e b=5,0.

Questo metodo presenta due vantaggi principali rispetto alla microstriscia. Permette di realizzare tracce più piccole, che offrono una maggiore protezione contro i segnali aggressivi. Inoltre, l'instradamento a stripline può contribuire a minimizzare l'impatto RF sul progetto di interconnessione. Tuttavia, richiede un'attenta considerazione della sovrapposizione degli strati della scheda e dei materiali dielettrici tra i piani di massa.

Per quanto riguarda la larghezza della traccia del circuito stampato, non dovrebbe superare i due pollici. Questo è importante per la logica ad alta velocità, che ha un tempo di salita/discesa di cinque nanosecondi. È consigliabile terminare le tracce della logica ad alta velocità con un'impedenza caratteristica ed evitare vuoti nel piano di riferimento.