Jak zminimalizować efekt RF w projektowaniu połączeń PCB

Istnieje wiele różnych sposobów na zminimalizowanie efektu RF w projekcie połączenia PCB. Niektóre z nich obejmują upewnienie się, że ścieżki nie znajdują się blisko siebie, użycie siatki uziemienia i oddzielenie linii transmisji RF od innych ścieżek.

Konfiguracja wielowarstwowa

Efekt RF w projektowaniu połączeń PCB jest częstym problemem. Efekt ten występuje głównie z powodu nieidealnych właściwości obwodu. Na przykład, jeśli układ scalony jest umieszczony na dwóch różnych płytkach drukowanych, jego zakres działania, emisja harmonicznych i podatność na zakłócenia będą drastycznie różne.

Aby zminimalizować ten efekt, konieczna jest wielowarstwowa konfiguracja. Taka płytka powinna mieć rozsądny układ, impedancję wysokiej częstotliwości i proste okablowanie niskiej częstotliwości. Zastosowanie odpowiedniego materiału podłoża minimalizuje straty sygnału i pomaga utrzymać stałą impedancję w obwodach. Ma to kluczowe znaczenie, ponieważ sygnały przechodzą z obwodu do linii transmisyjnych i muszą mieć stałą impedancję.

Impedancja to kolejna kwestia związana z projektowaniem połączeń PCB. Jest to względna impedancja dwóch linii transmisyjnych, zaczynająca się na powierzchni płytki drukowanej i rozciągająca się do złącza lub kabla koncentrycznego. Im wyższa częstotliwość, tym trudniej jest zarządzać impedancją. Dlatego też stosowanie wyższych częstotliwości wydaje się być poważnym wyzwaniem projektowym.

Tworzenie siatki uziemienia

Jednym ze sposobów zmniejszenia efektu rf jest utworzenie siatki uziemienia na płytce drukowanej. Siatka uziemienia to seria sekcji skrzynek połączonych ścieżkami z uziemieniem. Jej celem jest zminimalizowanie ścieżki powrotnej sygnału, przy jednoczesnym zachowaniu niskiej impedancji. Siatka uziemienia może być pojedynczym śladem lub siecią nakładających się śladów.

Płaszczyzna uziemienia działa jako odniesienie do obliczania impedancji ścieżek sygnałowych. W idealnym systemie prąd powrotny pozostaje na tej samej płaszczyźnie co ścieżki sygnałowe. Jednak w rzeczywistych systemach prąd powrotny może odbiegać od idealnej ścieżki z powodu różnych czynników, w tym zmian w miedziowaniu płytki drukowanej i zastosowanego materiału laminatu.

Oddzielanie linii transmisyjnych RF od innych ścieżek

Podczas projektowania obwodów z wieloma ścieżkami ważne jest, aby oddzielić linie transmisji RF od reszty obwodu. Oddzielenie tych ścieżek jest ważne, aby zapobiec przesłuchom. Aby to osiągnąć, najlepiej jest rozmieścić linie transmisyjne RF w odległości co najmniej dwóch szerokości ścieżek od siebie. Odległość ta zmniejsza ilość emisji promieniowania i minimalizuje ryzyko sprzężenia pojemnościowego.

Linie transmisyjne RF są zazwyczaj oddzielone od innych ścieżek liniami paskowymi. W wielowarstwowych płytkach drukowanych linie paskowe są najłatwiejsze do skonstruowania na warstwach wewnętrznych. Podobnie jak mikropaski, linie paskowe mają płaszczyzny uziemienia powyżej i poniżej linii transmisyjnej RF. Podczas gdy linie paskowe oferują lepszą izolację niż mikropaskowe, mają one tendencję do wyższych strat RF. Z tego powodu linie paskowe są zwykle używane do sygnałów RF wysokiego poziomu.

Korzystanie z ceramiki PTFE

Efekt RF jest bardzo realnym problemem w projektowaniu połączeń PCB. Ze względu na wysokie częstotliwości, sygnały przemieszczające się po ścieżce mogą się przesuwać. Powoduje to zmianę stałej dielektrycznej w zależności od prędkości sygnału i geometrii ścieżki. Stała dielektryczna materiału podłoża PCB również wpływa na prędkość sygnału.

Porównując ceramikę z lutowiem, ceramika PTFE ma przewagę nad ceramiką FEP. Ta pierwsza jest tańsza i łatwiejsza w produkcji, ale zmniejsza niezawodność sygnału. Poza tym, ceramika PTFE jest mniej podatna na wchłanianie wilgoci. Jeśli jednak ceramika PTFE zostanie pokryta węglowodorami, absorpcja wilgoci wzrośnie.

Korzystanie z symetrycznego trasowania linii paskowych

Trasowanie paskowe jest powszechnym podejściem w projektowaniu obwodów cyfrowych. Wykorzystuje ono warstwę dielektryczną umieszczoną pomiędzy dwiema płaszczyznami uziemienia z przewodami przewodzącymi sygnał w środku. Metoda ta nazywana jest symetryczną linią paskową. Typowe wymiary linii paskowej to s=2,0, w=3,0, t=1,0 i b=5,0.

Metoda ta ma dwie główne zalety w porównaniu do mikropasków. Pozwala na zastosowanie mniejszych ścieżek, które zapewniają lepszą ochronę przed sygnałami agresora. Ponadto, trasowanie linii paskowych może pomóc zminimalizować wpływ RF na projekt połączenia. Wymaga to jednak starannego rozważenia ułożenia warstw płytki i materiałów dielektrycznych między płaszczyznami uziemienia.

Jeśli chodzi o szerokość ścieżki PCB, nie powinna ona przekraczać dwóch cali. Jest to ważne w przypadku szybkich układów logicznych, których czas narastania/opadania wynosi pięć nanosekund. Zaleca się zakończenie ścieżek PCB szybkich układów logicznych o charakterystycznej impedancji i unikanie pustych przestrzeni w płaszczyźnie odniesienia.