circuitos de comunicación pcb de alta frecuencia

¿Qué es una placa de circuito impreso de alta velocidad y alta frecuencia?

Alta velocidad y PCB de alta frecuencia se refiere a la placa de circuito impreso de frecuencia superior a 1GHz. Sus diversas propiedades físicas, precisión y parámetros técnicos exigen requisitos muy elevados y se utilizan habitualmente en sistemas de comunicación, sistemas ADAS de automoción, sistemas de comunicación por satélite, sistemas de radio y otros campos. Impulsadas por la demanda de los consumidores de una conectividad a Internet más rápida, vídeo móvil de alta definición e Internet de las cosas (IoT), las placas de circuito impreso de alta velocidad y alta frecuencia también deben soportar la necesidad de transmisión de datos digitales de alta velocidad. 5G, así como los grandes centros de datos y otras aplicaciones comerciales, además de un número creciente de aplicaciones personales, siguen refrescando el ritmo de los requisitos de los sistemas de comunicaciones digitales.

Reglas de diseño de pcb HF

1. Teoría y adaptación de líneas de transmisión
   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. conocimientos de cableado de señales de alta frecuencia
   cortas y rectas: las líneas de señal de alta frecuencia deben ser lo más cortas posible y el trazado rectilíneo, reducir las esquinas para disminuir la inductancia de la ruta de señal y reducir el retardo de transmisión.
   Capas y capas apiladas: El diseño de placas multicapa ayuda a aislar las distintas señales y a reducir la diafonía. Las señales de alta frecuencia suelen disponerse en la capa interior y lo más cerca posible del plano de tierra, utilizando este último como vía de retorno para potenciar el efecto de apantallamiento de la señal.
   Control y adaptación de impedancias: utilice programas avanzados de diseño de placas de circuito impreso para simular y analizar que la impedancia característica de todas las líneas de transmisión es la misma, e implemente la adaptación de impedancias en la fuente de señal y en el lado de carga.
   Desacoplamiento y derivación: La pureza de la fuente de alimentación y del plano de tierra en el circuito de alta frecuencia tiene un gran impacto en la calidad de la señal. Una disposición razonable de los condensadores de desacoplamiento, especialmente los cerámicos de alta frecuencia, puede filtrar eficazmente el ruido de la fuente de alimentación y mantener la estabilidad de la tensión.
   Cableado de pares diferenciales: para las señales diferenciales de alta velocidad, la opción preferida para la transmisión de señales de alta frecuencia es mantener las dos líneas con la misma longitud y separación, lo que ayuda a mejorar la capacidad antiinterferencia de la señal.
3. consideraciones de compatibilidad electromagnética
   El diseño de circuitos de alta frecuencia debe controlar estrictamente los problemas de EMI/EMC. Esto incluye el uso de medidas de blindaje adecuadas, un sistema de puesta a tierra bien diseñado, una disposición razonable de los componentes de alta frecuencia y la aplicación de tecnología de filtrado. Además, las pruebas de EMC para garantizar que el producto cumple las normas de compatibilidad electromagnética pertinentes forman parte integral del proceso de desarrollo del producto.

Proceso de fabricación de PCB de alta frecuencia

El proceso de fabricación de los PCB de alta frecuencia es relativamente complejo e incluye principalmente los siguientes pasos

1. Diseño y maquetación
   En primer lugar, de acuerdo con los requisitos de la aplicación y las características de transmisión de la señal de HF PCB, se lleva a cabo el diseño del circuito y la planificación de la disposición. En este paso hay que tener muy en cuenta la ruta de transmisión de la señal, la adaptación de la impedancia, la integridad de la señal y otros factores para garantizar el rendimiento y la calidad de la placa de circuito impreso de alta frecuencia.
2. Producción de dibujos
   Transforma el diseño del circuito y la planificación de la disposición en un diagrama de cableado en un dibujo. La producción de dibujos necesita expresar con exactitud y precisión la disposición del circuito y la relación de conexión, para su posterior fabricación y procesamiento.
3. Grabado y laminado
   El diagrama del circuito en el dibujo se transfiere al sustrato mediante fotolitografía y se graba para formar una capa conductora. A continuación, la capa conductora de la película protege la línea y mejora la resistencia mecánica. Este paso requiere un control estricto de los parámetros del proceso de grabado y filmación para garantizar la precisión y calidad de los PCB de alta frecuencia.

Aspectos a tener en cuenta en el diseño de placas de circuito impreso de alta frecuencia

In HF PCB En el diseño, la integridad de la señal es un indicador clave del rendimiento del sistema, ya que evita daños y errores en la señal y salvaguarda el funcionamiento estable de los sistemas de alta frecuencia.
CONSIDERACIONES CLAVE DE DISEÑO
Control de impedancia: El control de la impedancia garantiza una anchura de traza y un espaciado constantes para transmitir adecuadamente las señales y proteger contra las desviaciones de impedancia en la ruta de la señal.
Técnicas de cableado de impedancia controlada: El uso de técnicas como las estructuras microstrip y stripline ayuda a mantener la impedancia controlada, minimizar las reflexiones de señal y garantizar la integridad de la señal.
Minimización de la diafonía: El diseño cuidadoso de la separación entre líneas de señal y el apantallamiento evita el acoplamiento innecesario de señales y atenúa las interferencias de las señales más débiles.
Puesta a tierra y distribución: La correcta distribución de las redes de alimentación y la utilización de grandes planos de tierra reducen el rebote de tierra y el ruido de tensión para garantizar la integridad de la señal.
Ubicación y tipo de orificio pasante: Colocar y seleccionar correctamente las estructuras de agujeros pasantes de alta frecuencia para reducir la distorsión de la señal. Utilizar tipos de vías de alta frecuencia para mitigar la atenuación de la señal.
Procesos de fabricación y retos: La fabricación de placas de circuito impreso de alta frecuencia implica pasos críticos como el laminado, el grabado y el taladrado, que plantean los siguientes retos:
Tolerancias más estrictas: Las placas de circuito impreso de alta frecuencia deben mantener tolerancias estrictas en cuanto a anchura de alineación, espaciado y constante dieléctrica para garantizar la integridad de la señal y el control de la impedancia.
Técnicas avanzadas de perforación: Para crear orificios pasantes se utilizan técnicas avanzadas, como la perforación láser o la perforación de profundidad controlada, que garantizan una pérdida de señal y una variación de impedancia mínimas.
Manipulación de materiales: Los materiales de las placas de circuito impreso de alta frecuencia son sensibles a la manipulación fina y deben conservarse en condiciones de baja tensión mecánica y almacenamiento naturalmente inocuo.

Alineación de placas de señal de alta frecuencia

En primer lugar, el diseño de circuitos de alta frecuencia requiere una atención especial a las características de transmisión de la señal. En las placas de circuito impreso multicapa, una elección razonable de capas y dimensiones puede aprovechar al máximo la capa intermedia para el apantallamiento, realizar la proximidad de la toma de tierra, reducir la inductancia parásita, acortar la trayectoria de transmisión de la señal, reducir las interferencias cruzadas de la señal y mejorar la fiabilidad del circuito.
Sin embargo, con el aumento del número de capas de PCB, el proceso de fabricación se vuelve más complejo y el coste aumenta.Por tanto, además de elegir el número adecuado de capas de PCB, durante el diseño también es necesario planificar de forma razonable la disposición de los componentes y el cableado. A continuación se resumen algunas de las experiencias en cableado de alta frecuencia:

1. Reducir la alternancia de capas de plomo: En el proceso de conexión de componentes, minimice el uso de vías, ya que cada una de ellas aportará capacitancia distribuida adicional, afectando a la velocidad y estabilidad de la transmisión de la señal.
2. acortar la longitud del cable: la intensidad de radiación de las señales de alta frecuencia es directamente proporcional a la longitud de la alineación, por lo tanto, para las líneas de señales de alta frecuencia como relojes, cristales, etc., la longitud de la alineación debe acortarse al máximo para reducir las interferencias de acoplamiento.
3. Evite doblar el plomo: en el cableado de circuitos de alta frecuencia, debe tratar de utilizar líneas rectas, como la necesidad de girar, se debe utilizar 45 grados línea de plegado o arco, para reducir la señal hacia el exterior de la emisión y el acoplamiento.
4. controlar la diafonía: diafonía es la línea de señal debido al acoplamiento de campo electromagnético entre el ruido no deseado. Para reducir la diafonía, la diafonía puede ser graves líneas entre la inserción de tierra o plano de tierra, aumentar el espaciado de las líneas de señal, o en capas adyacentes utilizando la alineación vertical.
5. Aislamiento de masa digital y analógica: La tierra de la señal digital de alta frecuencia y la tierra de la señal analógica deben estar aisladas para evitar que los armónicos de alta frecuencia interfieran con las señales analógicas a través del acoplamiento a tierra.
6. Aumente la capacidad de desacoplamiento: Aumente la capacitancia de desacoplamiento de alta frecuencia cerca de las patillas de alimentación del bloque de CI, lo que puede suprimir los armónicos de alta frecuencia en las patillas de alimentación y reducir las interferencias.
7. Evite la formación de bucles: la alineación de la señal de alta frecuencia debe evitar la formación de bucles, si es inevitable, debe minimizar el área del bucle.
8. Garantizar la adaptación de la impedancia de la señal: El desajuste de impedancias provocará la reflexión de la señal, lo que afectará a su estabilidad. Por lo tanto, la impedancia característica de la línea de transmisión de la señal debe ser igual a la impedancia de carga, para evitar cambios bruscos o esquinas de la línea de transmisión.
   Al diseñar el cableado de PCB de alta velocidad, también es necesario cumplir reglas de cableado específicas, como las reglas de alineación diferencial para señales como LVDS, USB, HDMI y DDR, con el fin de controlar la impedancia de los pares de señales y reducir la diafonía.

Cableado de PCB para reducir la diafonía de señales de alta frecuencia

En el diseño de circuitos de alta frecuencia, la diafonía entre líneas de señal es un problema que requiere especial atención. La diafonía se refiere al fenómeno de acoplamiento entre las líneas de señal no están conectados directamente, tendrá un grave impacto en el rendimiento y la fiabilidad del circuito. Las siguientes son algunas medidas eficaces para reducir la diafonía de las señales de alta frecuencia
Inserción de una masa o plano de tierra: Insertar una toma de tierra o un plano de tierra entre dos líneas con diafonía grave puede servir como aislamiento, reduciendo así la diafonía.
Arreglo de terreno de gran superficie: 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.
Aumenta el espaciado de las líneas de señal: Bajo la premisa de que el espacio de cableado lo permite, aumentar el espaciado entre líneas de señal adyacentes puede reducir la longitud paralela de las líneas de señal, reduciendo así la diafonía.
Alineación vertical: Si no se puede evitar la alineación paralela dentro de la misma capa, en las dos capas adyacentes, la dirección de la alineación es perpendicular entre sí, lo que puede reducir eficazmente la diafonía.
Rodeando la línea del reloj: la línea de reloj debe estar rodeada de cables de tierra, y más agujeros de tierra para reducir la capacitancia de distribución, reduciendo así la diafonía.
El uso de la señal de reloj diferencial de baja tensión: la señal de reloj de alta frecuencia tanto como sea posible utilizar la señal de reloj diferencial de baja tensión y la tierra del paquete, que puede reducir eficazmente la diafonía.
Conectar a tierra o a la fuente de alimentación: entradas inactivas no cuelgan, pero se conectará a la tierra o conectado a la fuente de alimentación, lo que puede reducir las interferencias innecesarias.

Ámbito de aplicación de las placas de circuito impreso de alta frecuencia

La placa de circuito impreso de alta frecuencia desempeña un papel importante en muchos campos debido a su excelente rendimiento y su amplia gama de escenarios de aplicación. A continuación se enumeran algunas de las principales áreas de aplicación:

1. Equipos de comunicación
   Las placas de circuito impreso de alta frecuencia desempeñan un papel vital en los equipos de comunicación.Se utilizan ampliamente en equipos como teléfonos, teléfonos móviles, radios, sistemas de comunicación por satélite, etc., para proporcionar rutas de transmisión de señales fiables y garantizar una transmisión de datos precisa. El excelente rendimiento de las placas de circuito impreso de alta frecuencia permite a los equipos de comunicación mantener una calidad de comunicación estable en entornos complejos y cambiantes.
2. Equipos médicos
   Los equipos médicos tienen unos requisitos de precisión y fiabilidad extremadamente altos.Los PCB de alta frecuencia se utilizan ampliamente en equipos médicos de diagnóstico y monitorización, instrumentos quirúrgicos, dispositivos implantables, etc., debido a su alta precisión y estabilidad.Los PCB de alta frecuencia pueden garantizar el funcionamiento normal de los equipos médicos y la seguridad de los pacientes.
3. Sistemas de control industrial
   Las placas de circuito impreso de alta frecuencia desempeñan un papel fundamental en los sistemas de control industrial.Se utilizan en diversos equipos de automatización, como robots, máquinas herramienta CNC, automatización de líneas de producción, etc., para lograr un control y un funcionamiento precisos.El excelente rendimiento de las placas de circuito impreso de alta frecuencia permite que los sistemas de control industrial funcionen de forma eficaz y estable.
4. Electrónica del automóvil
   En los automóviles se utiliza un gran número de placas de circuito impreso de alta frecuencia, como los módulos de control del motor, los módulos de control de la carrocería, los sistemas de control de los airbags, etcétera.Estas placas de circuitos controlan los distintos sistemas del vehículo y garantizan su funcionamiento normal.El excelente rendimiento de las placas de circuito impreso de alta frecuencia permite que los sistemas electrónicos de los automóviles mantengan un rendimiento estable en entornos de conducción complejos y cambiantes.
5. Aeroespacial
   El sector aeroespacial exige un alto grado de fiabilidad y precisión en los equipos.Los PCB de alta frecuencia, debido a su excelente rendimiento y estabilidad, se utilizan ampliamente en aviones, cohetes, satélites, etc., para realizar diversas funciones complejas de control y supervisión.El excelente rendimiento de los PCB de alta frecuencia permite a los equipos aeroespaciales mantener un funcionamiento estable en entornos extremos.
6. Ordenadores y servidores
   Los ordenadores y servidores también requieren el uso de un gran número de placas de circuito impreso de alta frecuencia. Estas placas proporcionan vías fiables de transmisión de señales y garantizan una rápida transmisión y procesamiento de datos. El excelente rendimiento de las placas de circuito impreso de alta frecuencia permite que los ordenadores y servidores funcionen a altas velocidades manteniendo un rendimiento estable.
7. Internet de los objetos (IoT)
   El número de dispositivos IoT es enorme y necesita realizar diversas funciones inteligentes. Las placas de circuito impreso de alta frecuencia proporcionan vías de control y transmisión de datos estables y fiables para los dispositivos IoT, lo que permite la gestión inteligente y la supervisión remota de los dispositivos. La amplia aplicación de PCB de alta frecuencia promueve el rápido desarrollo de la tecnología IoT.

En resumen, el diseño de circuitos de alta frecuencia es un proceso complejo que requiere una consideración exhaustiva de la transmisión de señales, las interferencias electromagnéticas, el coste y el proceso de fabricación, y otros factores.Mediante una elección razonable de las capas de la placa de circuito impreso y una cuidadosa planificación de la disposición de los componentes y el cableado, podemos diseñar circuitos de alta frecuencia eficientes y fiables para satisfacer las necesidades de alto rendimiento de los equipos electrónicos modernos.