Как минимизировать ВЧ-эффект при проектировании межсоединений печатных плат

Существует несколько различных способов минимизации ВЧ-эффекта при проектировании межсоединений печатных плат. Некоторые из них включают в себя обеспечение того, чтобы трассы не находились в непосредственной близости друг от друга, использование сетки заземления и отделение линий передачи ВЧ от других трасс.

Многослойная конфигурация

ВЧ-эффект при проектировании межсоединений печатных плат является распространенной проблемой. Этот эффект возникает в основном из-за неидеальных свойств схемы. Например, если разместить ИС на двух разных печатных платах, то ее рабочий диапазон, гармонические выбросы и помехозащищенность будут кардинально отличаться.

Чтобы минимизировать этот эффект, необходимо использовать многослойную конфигурацию. Такая плата должна иметь разумную компоновку, высокочастотный импеданс и простую низкочастотную разводку. Использование правильного материала подложки минимизирует потери сигнала и позволяет поддерживать постоянный импеданс всех цепей. Это очень важно, поскольку сигналы переходят от схемы к линиям передачи, а они должны иметь постоянный импеданс.

Импеданс - еще одна проблема при проектировании межсоединений печатных плат. Он представляет собой относительное сопротивление двух линий передачи, начинающихся на поверхности печатной платы и продолжающихся до разъема или коаксиального кабеля. Чем выше частота, тем сложнее управлять импедансом. Поэтому использование более высоких частот представляется серьезной проблемой при проектировании.

Создание сетки заземления

Одним из способов уменьшения влияния ВЧ-излучения является создание на печатной плате сетки заземления. Сетка заземления представляет собой ряд коробчатых секций, соединенных трассами с землей. Ее назначение - минимизировать обратный путь сигнала, сохраняя при этом низкий импеданс. Сетка заземления может состоять как из одной трассы, так и из сети перекрывающихся трасс.

Плоскость земли служит эталоном для расчета импеданса сигнальных трасс. В идеальной системе обратный ток проходит в той же плоскости, что и сигнальные трассы. Однако в реальных системах обратный ток может отклоняться от идеальной траектории под воздействием различных факторов, включая изменения в медном покрытии печатной платы и используемом материале ламината.

Отделение радиочастотных линий передачи от других трасс

При разработке схем с несколькими трассами важно отделить линии передачи радиочастотного сигнала от остальной части схемы. Разделение этих трасс необходимо для предотвращения перекрестных наводок. Для этого лучше всего располагать радиочастотные линии передачи на расстоянии не менее двух ширины трассы. Такое расстояние снижает уровень излучения и минимизирует риск возникновения емкостной связи.

ВЧ-линии передачи обычно отделяются от других трасс с помощью стриплингов. В многослойных печатных платах полосковые линии проще всего строить на внутренних слоях. Как и микрополосковые, полосковые линии имеют заземляющие плоскости над и под ВЧ-линией передачи. Хотя полосковые линии обеспечивают лучшую изоляцию, чем микрополосковые, они, как правило, имеют более высокие ВЧ-потери. По этой причине полосковые линии обычно используются для передачи ВЧ-сигналов высокого уровня.

Использование фторопластовой керамики

ВЧ-эффект - вполне реальная проблема при проектировании межсоединений печатных плат. Из-за высоких частот сигналы, проходящие по трассе, могут смещаться. Это приводит к изменению диэлектрической проницаемости в зависимости от скорости сигнала и геометрии трассы. Диэлектрическая проницаемость материала подложки печатной платы также влияет на скорость сигнала.

При сравнении керамики с припоем керамика PTFE имеет преимущество перед керамикой FEP. Хотя первая дешевле и проще в изготовлении, она снижает надежность сигнала. Кроме того, фторопластовая керамика менее склонна к поглощению влаги. Однако если на фторопластовую керамику попадают углеводороды, то влагопоглощение увеличивается.

Использование симметричной полосковой маршрутизации

Маршрутизация по схеме Stripline является распространенным подходом при проектировании цифровых схем. При этом используется диэлектрический слой, помещенный между двумя заземляющими плоскостями, в центре которых располагаются проводники, несущие сигнал. Этот метод называется симметричной полосовой линией. Типичные размеры стриплайна: s=2,0, w=3,0, t=1,0 и b=5,0.

Этот метод имеет два основных преимущества перед микрополосковым. Он позволяет использовать трассы меньшего размера, что обеспечивает более надежную защиту от агрессивных сигналов. Кроме того, стриппинг-маршрутизация позволяет минимизировать ВЧ-воздействие на конструкцию межсоединений. Однако для этого необходимо тщательно продумать укладку слоев платы и диэлектрические материалы между земляными плоскостями.

Что касается ширины дорожек печатной платы, то она не должна превышать двух дюймов. Это важно для высокоскоростной логики, время нарастания/спада которой составляет пять наносекунд. Дорожки печатной платы для высокоскоростной логики желательно терминировать с характерным импедансом, а также избегать пустот в опорной плоскости.