hochfrequenz pcb kommunikationsschaltungen

Was ist eine Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenzleiterplatte?

Hochgeschwindigkeit und Hochfrequenz-Leiterplatte Board bezieht sich auf die Frequenz über 1GHz Leiterplatte. Ihre verschiedenen physikalischen Eigenschaften, Präzision und technischen Parameter stellen sehr hohe Anforderungen und werden häufig in Kommunikationssystemen, ADAS-Systemen für Kraftfahrzeuge, Satellitenkommunikationssystemen, Funksystemen und anderen Bereichen eingesetzt. Angetrieben durch die Nachfrage der Verbraucher nach schnelleren Internetverbindungen, mobilen hochauflösenden Videos und dem Internet der Dinge (IoT) müssen Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenz-Leiterplatten auch den Bedarf an digitaler Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung unterstützen. 5G, große Datenzentren und andere kommerzielle Anwendungen sowie eine wachsende Zahl privater Anwendungen lassen die Anforderungen an digitale Kommunikationssysteme weiter steigen.

HF-Leiterplattenentwurfsregeln

1. Theorie der Übertragungsleitungen und Anpassung
   In high-frequency circuits, the signal line is regarded as a transmission line, and the continuity and matching of its characteristic impedance becomes critical. Improper impedance matching can lead to signal reflection, affecting signal integrity and stable system operation. Common impedance control methods include selecting the appropriate line width, line spacing, and dielectric thickness, and using specific stacking structures to achieve the desired characteristic impedance value (common as 50Ω or 75Ω).
2. Kenntnisse in der Verkabelung von Hochfrequenzsignalen
   kurz und gerade: Hochfrequenz-Signalleitungen sollten so kurz wie möglich und geradlinig verlegt sein, die Ecken reduzieren, um die Induktivität des Signalpfades zu verringern und die Übertragungsverzögerung zu reduzieren.
   Lagen und gestapelte Lagen: Ein mehrlagiges Leiterplattendesign hilft, verschiedene Signale zu isolieren und Übersprechen zu reduzieren. Hochfrequenzsignale werden in der Regel in der inneren Lage und so nah wie möglich an der Grundplatte angeordnet, wobei die Grundplatte als Rückweg genutzt wird, um die Abschirmwirkung des Signals zu verbessern.
   Impedanzkontrolle und -anpassung: Verwenden Sie fortschrittliche PCB-Designsoftware für die Simulation und Analyse, um sicherzustellen, dass die charakteristische Impedanz aller Übertragungsleitungen gleich ist, und implementieren Sie die Impedanzanpassung an der Signalquelle und der Lastseite.
   Entkopplung und Bypass: Die Reinheit der Stromversorgung und der Massefläche in der Hochfrequenzschaltung hat einen großen Einfluss auf die Signalqualität. Eine vernünftige Anordnung von Entkopplungskondensatoren, insbesondere von Hochfrequenz-Keramikkondensatoren, kann das Rauschen der Stromversorgung wirksam herausfiltern und die Spannungsstabilität erhalten.
   Differenzielle Paarverdrahtung: Bei Hochgeschwindigkeits-Differenzialsignalen ist die bevorzugte Option für die Übertragung von Hochfrequenzsignalen die Beibehaltung der gleichen Länge und des gleichen Abstands zwischen den beiden Leitungen, was zur Verbesserung der Störsicherheit des Signals beiträgt.
3. Überlegungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit
   Bei der Entwicklung von Hochfrequenzschaltungen müssen EMI/EMV-Probleme streng kontrolliert werden. Dazu gehören geeignete Abschirmungsmaßnahmen, ein gut durchdachtes Erdungssystem, eine vernünftige Anordnung von Hochfrequenzkomponenten und die Anwendung von Filtertechnik. Darüber hinaus ist die EMV-Prüfung, mit der sichergestellt wird, dass das Produkt die einschlägigen Normen zur elektromagnetischen Verträglichkeit erfüllt, ein wesentlicher Bestandteil des Produktentwicklungsprozesses.

Herstellungsprozess von HF PCB

Der Herstellungsprozess von HF-Leiterplatten ist relativ komplex und umfasst hauptsächlich die folgenden Schritte

1. Gestaltung und Layout
   Zunächst werden entsprechend den Anwendungsanforderungen und den Signalübertragungseigenschaften der HF-Leiterplatte der Schaltungsentwurf und die Layoutplanung durchgeführt. In diesem Schritt müssen der Signalübertragungsweg, die Impedanzanpassung, die Signalintegrität und andere Faktoren berücksichtigt werden, um die Leistung und Qualität der Hochfrequenzleiterplatte zu gewährleisten.
2. Zeichnungserstellung
   Setzt den Schaltkreisentwurf und die Layoutplanung in einen Schaltplan auf einer Zeichnung um. Die Zeichnungserstellung muss das Layout der Schaltung und die Verbindungsbeziehung für die spätere Fertigung und Verarbeitung genau und präzise ausdrücken.
3. Ätzen und Laminieren
   Der Schaltplan auf der Zeichnung wird durch Photolithographie auf das Substrat übertragen und geätzt, um eine leitende Schicht zu bilden. Die leitende Schicht auf der Folie schützt die Leitung und verbessert die mechanische Festigkeit. Dieser Schritt erfordert eine strenge Kontrolle der Parameter des Ätz- und Beschichtungsprozesses, um die Genauigkeit und Qualität der Hochfrequenzleiterplatten zu gewährleisten.

Bei der Entwicklung von HF-Leiterplatten zu beachtende Punkte

In HF-LEITERPLATTE Beim Design ist die Signalintegrität ein Schlüsselindikator für die Systemleistung, der Signalschäden und -fehler verhindert und den stabilen Betrieb von HF-Systemen gewährleistet.
WESENTLICHE DESIGNÜBERLEGUNGEN
Impedanzkontrolle: Die Impedanzkontrolle sorgt für konstante Leiterbahnbreiten und -abstände, um Signale angemessen zu übertragen und vor Impedanzabweichungen im Signalpfad zu schützen.
Verkabelungstechniken mit kontrollierter Impedanz: Der Einsatz von Techniken wie Microstrip- und Stripline-Strukturen trägt dazu bei, die Impedanz zu kontrollieren, Signalreflexionen zu minimieren und die Signalintegrität zu gewährleisten.
Minimierung des Übersprechens: Sorgfältig ausgelegte Signalleitungsabstände und Abschirmungen vermeiden unnötige Signalkopplungen und dämpfen Störungen durch schlechtere Signale.
Erdung und Verteilung: Eine ordnungsgemäße Verteilung der Stromnetze und die Verwendung einer großflächigen Erdung vermindern Ground Bounce und Spannungsrauschen und gewährleisten die Signalintegrität.
Lage und Art der Durchgangsbohrung: Richtige Platzierung und Auswahl von Hochfrequenz-Durchgangsstrukturen zur Reduzierung von Signalverzerrungen. Verwenden Sie Hochfrequenz-Durchgangsstrukturen, um die Signaldämpfung zu verringern.
Herstellungsprozesse und Herausforderungen: Die Herstellung von HF-Leiterplatten umfasst kritische Schritte wie Laminieren, Ätzen und Bohren, die folgende Herausforderungen mit sich bringen:
Engere Toleranzen: HF-Leiterplatten müssen enge Toleranzen bei der Ausrichtungsbreite, den Abständen und der Dielektrizitätskonstante einhalten, um Signalintegrität und Impedanzkontrolle zu gewährleisten.
Fortgeschrittene Bohrtechniken: Moderne Techniken wie das Laserbohren oder das Bohren mit kontrollierter Tiefe werden eingesetzt, um Durchgangslöcher zu schaffen, die minimale Signalverluste und Impedanzschwankungen gewährleisten.
Handhabung von Material: Hochfrequenz-Leiterplattenmaterialien sind empfindlich gegenüber feiner Handhabung und müssen unter geringer mechanischer Belastung und naturfreundlichen Lagerbedingungen aufbewahrt werden.

Ausrichtung von Hochfrequenzsignal-Leiterplatten

Bei der Entwicklung von Hochfrequenzschaltungen muss vor allem auf die Übertragungseigenschaften des Signals geachtet werden. Bei mehrlagigen Leiterplatten kann eine vernünftige Wahl der Lagen und Abmessungen die Zwischenlage für die Abschirmung voll ausnutzen, um die Nähe der Erdung zu realisieren, die parasitäre Induktivität zu verringern, den Signalübertragungsweg zu verkürzen, die Signalinterferenzen zu reduzieren und die Zuverlässigkeit der Schaltung zu verbessern.
Mit zunehmender Anzahl der Leiterplattenlagen wird der Herstellungsprozess jedoch komplexer und die Kosten steigen.Daher ist neben der Wahl der richtigen Anzahl von Leiterplattenlagen auch eine vernünftige Bauteilanordnung und Verdrahtungsplanung beim Entwurf erforderlich. Im Folgenden finden Sie eine Zusammenfassung einiger Erfahrungen mit der Hochfrequenzverdrahtung:

1. Verringern Sie den Wechsel der Führungsschicht: Bei der Verbindung der Komponenten sollten möglichst wenige Durchkontaktierungen verwendet werden, da jede Durchkontaktierung zusätzliche verteilte Kapazitäten mit sich bringt, die die Geschwindigkeit und Stabilität der Signalübertragung beeinträchtigen.
2. die Leitungslänge zu verkürzen: Die Strahlungsintensität von Hochfrequenzsignalen ist direkt proportional zur Länge der Ausrichtung. Daher sollte bei Hochfrequenzsignalleitungen wie Uhren, Quarzen usw. die Länge der Ausrichtung so weit wie möglich verkürzt werden, um Kopplungsstörungen zu verringern.
3. Vermeiden Sie das Verbiegen von Blei: in Hochfrequenz-Schaltung Verdrahtung, sollte versuchen, gerade Linien zu verwenden, wie die Notwendigkeit zu drehen, sollte 45-Grad-Faltung Linie oder Bogen verwendet werden, um das Signal an der Außenseite der Emission und Kopplung zu reduzieren.
4. Nebensprechen zu kontrollieren: Crosstalk ist die Signalleitung aufgrund elektromagnetischer Feldkopplung zwischen den unerwünschten Rauschen. Um das Übersprechen zu reduzieren, kann Übersprechen ernsthafte Linien zwischen der Einfügung von Boden oder Bodenfläche, erhöhen Sie den Abstand von Signalleitungen, oder in benachbarten Schichten mit vertikaler Ausrichtung sein.
5. Isolierung von digitaler und analoger Masse: Hochfrequenz-Digitalsignalmasse und Analogsignalmasse sollten isoliert werden, um zu verhindern, dass hochfrequente Oberschwingungen durch Massekopplung die Analogsignale stören.
6. Erhöhen Sie die Entkoppelungskapazität: Erhöhen Sie die Hochfrequenz-Entkopplungskapazität in der Nähe der Stromversorgungspins des IC-Blocks, um die hochfrequenten Oberwellen an den Stromversorgungspins zu unterdrücken und die Störungen zu reduzieren.
7. Vermeiden Sie die Bildung von Schleifen: Bei der Ausrichtung von Hochfrequenzsignalen sollte die Bildung von Schleifen vermieden werden, und wenn dies unvermeidlich ist, sollte der Schleifenbereich möglichst klein sein.
8. Sorgen Sie für eine Anpassung der Signalimpedanz: Eine Impedanzfehlanpassung führt zu Signalreflexionen und beeinträchtigt die Signalstabilität. Daher sollte die charakteristische Impedanz der Signalübertragungsleitung gleich der Lastimpedanz sein, um plötzliche Änderungen oder Ecken der Übertragungsleitung zu vermeiden.
   Bei der Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Leiterplattenverkabelungen müssen außerdem bestimmte Verdrahtungsregeln beachtet werden, z. B. die Regeln für die differentielle Ausrichtung von Signalen wie LVDS, USB, HDMI und DDR, um die Impedanz von Signalpaaren zu kontrollieren und das Übersprechen zu reduzieren.

Leiterplattenverdrahtung zur Reduzierung des Übersprechens von Hochfrequenzsignalen

Beim Entwurf von Hochfrequenzschaltungen ist das Übersprechen zwischen Signalleitungen ein Problem, das besondere Aufmerksamkeit erfordert. Das Übersprechen bezieht sich auf das Kopplungsphänomen zwischen den Signalleitungen, die nicht direkt miteinander verbunden sind, und hat ernsthafte Auswirkungen auf die Leistung und Zuverlässigkeit der Schaltung. Im Folgenden finden Sie einige wirksame Maßnahmen zur Verringerung des Übersprechens von Hochfrequenzsignalen
Einfügen einer Erdung oder einer Grundplatte: Das Einfügen einer Masse oder einer Massefläche zwischen zwei Leitungen mit starkem Übersprechen kann als Isolierung dienen und so das Übersprechen reduzieren.
Gestaltung eines großflächigen Bodens: If it is impossible to avoid parallel distribution, you can arrange a large area of “ground” on the opposite side of the parallel signal lines to significantly reduce the interference.
Vergrößern Sie die Abstände zwischen den Signalleitungen: Unter der Voraussetzung, dass der Verdrahtungsraum dies zulässt, kann durch die Vergrößerung des Abstands zwischen benachbarten Signalleitungen die parallele Länge der Signalleitungen verringert werden, wodurch das Übersprechen reduziert wird.
Vertikale Ausrichtung: Wenn die parallele Ausrichtung innerhalb derselben Schicht nicht vermieden werden kann, ist die Richtung der Ausrichtung in den beiden benachbarten Schichten senkrecht zueinander, was das Übersprechen wirksam reduzieren kann.
Rund um die Uhrenlinie: die Taktleitung sollte von Erdungsdrähten umgeben sein, und es sollten mehr Erdungslöcher vorhanden sein, um die Verteilungskapazität zu verringern und damit das Übersprechen zu reduzieren.
Die Verwendung von Low-Voltage-Differential-Taktsignal: die Hochfrequenz-Signal-Takt so viel wie möglich zu verwenden Low-Voltage-Differential-Taktsignal und Paket Boden, die effektiv reduzieren kann Übersprechen.
Erden oder an die Stromversorgung anschließen: Leerlaufeingänge hängen nicht, sondern werden mit der Masse oder der Stromversorgung verbunden, wodurch unnötige Störungen vermieden werden können.

HF PCB Anwendungsbereich

HF-Leiterplatten spielen aufgrund ihrer hervorragenden Leistung und ihrer vielfältigen Anwendungsszenarien in vielen Bereichen eine wichtige Rolle. Im Folgenden sind einige der wichtigsten Anwendungsbereiche aufgeführt:

1. Kommunikationsausrüstung
   Hochfrequenz-Leiterplatten spielen eine wichtige Rolle in Kommunikationsgeräten. Sie werden häufig in Geräten wie Telefonen, Mobiltelefonen, Funkgeräten, Satellitenkommunikationssystemen usw. eingesetzt, um zuverlässige Signalübertragungswege zu schaffen und eine genaue Datenübertragung zu gewährleisten. Dank der hervorragenden Leistung von Hochfrequenz-Leiterplatten können Kommunikationsgeräte auch in komplexen und wechselnden Umgebungen eine stabile Kommunikationsqualität aufrechterhalten.
2. Medizinische Ausrüstung
   Medizinische Geräte haben extrem hohe Anforderungen an Präzision und Zuverlässigkeit.Hochfrequenz-Leiterplatten werden wegen ihrer hohen Präzision und Stabilität häufig in medizinischen Diagnose- und Überwachungsgeräten, chirurgischen Instrumenten, implantierbaren Geräten usw. eingesetzt.HF-Leiterplatten können den normalen Betrieb von medizinischen Geräten und die Sicherheit der Patienten gewährleisten.
3. Industrielle Kontrollsysteme
   Hochfrequenzleiterplatten spielen eine Schlüsselrolle in industriellen Steuerungssystemen. Sie werden in einer Vielzahl von Automatisierungsgeräten wie Robotern, CNC-Werkzeugmaschinen, Fertigungsstraßenautomatisierung usw. eingesetzt, um eine präzise Steuerung und Bedienung zu ermöglichen. Die hervorragende Leistung von HF-Leiterplatten ermöglicht einen effizienten und stabilen Betrieb von industriellen Steuerungssystemen.
4. Kfz-Elektronik
   Eine große Anzahl von Hochfrequenz-Leiterplatten wird in Kraftfahrzeugen verwendet, einschließlich Motorsteuerungsmodulen, Karosseriesteuerungsmodulen, Airbag-Steuersystemen und so weiter.Diese Leiterplatten steuern die verschiedenen Systeme des Fahrzeugs und gewährleisten deren normalen Betrieb.Dank der hervorragenden Leistung von Hochfrequenz-Leiterplatten können elektronische Systeme in Kraftfahrzeugen auch in komplexen und wechselnden Fahrumgebungen eine stabile Leistung erbringen.
5. Luft- und Raumfahrt
   Die Luft- und Raumfahrt erfordert ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Präzision bei der Ausrüstung.Hochfrequenz-Leiterplatten werden aufgrund ihrer hervorragenden Leistung und Stabilität häufig in Flugzeugen, Raketen, Satelliten usw. eingesetzt, um eine Vielzahl komplexer Steuerungs- und Überwachungsfunktionen zu realisieren.Dank der ausgezeichneten Leistung von Hochfrequenz-Leiterplatten können Luft- und Raumfahrtausrüstungen auch in extremen Umgebungen stabil betrieben werden.
6. Computer und Server
   Auch Computer und Server erfordern den Einsatz einer großen Anzahl von Hochfrequenzleiterplatten. Diese Leiterplatten bieten zuverlässige Signalübertragungswege und gewährleisten eine schnelle Datenübertragung und -verarbeitung. Die hervorragende Leistung von Hochfrequenz-Leiterplatten ermöglicht es Computern und Servern, mit hohen Geschwindigkeiten zu arbeiten und dabei eine stabile Leistung beizubehalten.
7. Internet der Dinge (IoT)
   Die Zahl der IoT-Geräte ist riesig und es müssen verschiedene intelligente Funktionen realisiert werden. Hochfrequenz-Leiterplatten bieten stabile und zuverlässige Steuerungs- und Datenübertragungswege für IoT-Geräte und ermöglichen so eine intelligente Verwaltung und Fernüberwachung der Geräte. Die breite Anwendung von Hochfrequenz-Leiterplatten fördert die schnelle Entwicklung der IoT-Technologie.

Kurz gesagt, der Entwurf von Hochfrequenzschaltungen ist ein komplexer Prozess, der eine umfassende Berücksichtigung der Signalübertragung, der elektromagnetischen Störungen, der Kosten, des Herstellungsprozesses und anderer Faktoren erfordert.Durch eine vernünftige Auswahl der Leiterplattenschichten und eine sorgfältige Planung des Komponentenlayouts und der Verdrahtung können wir sowohl effiziente als auch zuverlässige Hochfrequenzschaltungen entwerfen, die den Anforderungen moderner elektronischer Geräte an eine hohe Leistung gerecht werden.