circuitos de comunicação pcb de alta frequência

O que é uma placa PCB de alta velocidade e alta frequência?

Alta velocidade e PCB de alta frequência refere-se à placa de circuito impresso de frequência acima de 1GHz. Suas várias propriedades físicas, precisão e parâmetros técnicos exigem requisitos muito altos e são comumente usados em sistemas de comunicação, sistemas ADAS automotivos, sistemas de comunicação via satélite, sistemas de rádio e outros campos. Impulsionadas pela demanda dos consumidores por conectividade mais rápida com a Internet, vídeo móvel de alta definição e Internet das Coisas (IoT), as placas de circuito impresso de alta velocidade e alta frequência também devem atender à necessidade de transmissão de dados digitais em alta velocidade. O 5G, bem como os grandes centros de dados e outros aplicativos comerciais, além de um número crescente de aplicativos pessoais, continuam a atualizar a taxa de requisitos do sistema de comunicações digitais.

Regras de design de placas de circuito impresso HF

1. Teoria e correspondência de linhas de transmissão
   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. habilidades de fiação de sinais de alta frequência
   Curtas e retas: as linhas de sinal de alta frequência devem ser o mais curtas possível e ter um layout reto, reduzir os cantos para reduzir a indutância do caminho do sinal e reduzir o atraso na transmissão.
   Camadas e camadas empilhadas: O design de placas multicamadas ajuda a isolar sinais diferentes e a reduzir o cross-talk. Os sinais de alta frequência geralmente são dispostos na camada interna e o mais próximo possível do plano de aterramento, utilizando o plano de aterramento como um caminho de retorno para aumentar o efeito de blindagem do sinal.
   Controle e correspondência de impedância: use um software avançado de projeto de PCB para simulação e análise para garantir que a impedância característica de todas as linhas de transmissão seja a mesma e implemente a correspondência de impedância na fonte do sinal e no lado da carga.
   Desacoplamento e bypass: A pureza da fonte de alimentação e do plano de aterramento no circuito de alta frequência tem um grande impacto na qualidade do sinal. Um layout razoável dos capacitores de desacoplamento, especialmente os capacitores de cerâmica de alta frequência, pode filtrar com eficácia o ruído da fonte de alimentação e manter a estabilidade da tensão.
   Fiação de par diferencial: para sinais diferenciais de alta velocidade, manter as duas linhas com o mesmo comprimento e espaçamento, o que ajuda a melhorar a capacidade anti-interferência do sinal, é a opção preferida para a transmissão de sinais de alta frequência.
3. considerações sobre compatibilidade eletromagnética
   O projeto de circuitos de alta frequência deve controlar rigorosamente os problemas de EMI/EMC. Isso inclui o uso de medidas de blindagem adequadas, um sistema de aterramento bem projetado, uma disposição razoável dos componentes de alta frequência e a aplicação de tecnologia de filtragem. Além disso, os testes de EMC para garantir que o produto atenda aos padrões de compatibilidade eletromagnética relevantes são parte integrante do processo de desenvolvimento do produto.

Processo de fabricação de PCB de alta frequência

O processo de fabricação de PCBs de alta frequência é relativamente complexo e inclui principalmente as seguintes etapas

1. Design e layout
   Em primeiro lugar, de acordo com os requisitos da aplicação e as características de transmissão de sinal da placa de circuito impresso de alta frequência, são realizados o projeto do circuito e o planejamento do layout. Essa etapa precisa considerar totalmente o caminho de transmissão do sinal, a correspondência de impedância, a integridade do sinal e outros fatores para garantir o desempenho e a qualidade da placa de circuito impresso de alta frequência.
2. Produção de desenhos
   Transforma o projeto do circuito e o planejamento do layout em um diagrama de fiação em um desenho. A produção de desenhos precisa expressar com precisão e exatidão o layout do circuito e a relação de conexão, para posterior fabricação e processamento.
3. Gravura e laminação
   O diagrama do circuito no desenho é transferido para o substrato por fotolitografia e gravado para formar uma camada condutora. Em seguida, a camada condutora no filme protege a linha e melhora a resistência mecânica. Essa etapa exige um controle rigoroso dos parâmetros do processo de gravação e filmagem para garantir a precisão e a qualidade da placa de circuito impresso de alta frequência.

Questões a serem observadas no projeto de placas de circuito impresso de alta frequência

In PCB DE ALTA FREQUÊNCIA No projeto, a integridade do sinal é um indicador importante do desempenho do sistema, evitando danos e erros no sinal e protegendo a operação estável dos sistemas de alta frequência.
PRINCIPAIS CONSIDERAÇÕES SOBRE O PROJETO
Controle de impedância: O controle de impedância garante largura e espaçamento constantes do traço para transmitir sinais adequadamente e proteger contra desvios de impedância no caminho do sinal.
Técnicas de cabeamento de impedância controlada: O uso de técnicas como estruturas de microstrip e stripline ajuda a manter a impedância controlada, minimizar as reflexões de sinal e garantir a integridade do sinal.
Minimizar a diafonia: O espaçamento e a blindagem da linha de sinal cuidadosamente projetados evitam o acoplamento desnecessário de sinais e atenuam a interferência de sinais mais fracos.
Aterramento e distribuição: A distribuição adequada das redes de energia e a confiança no aterramento de plano grande reduzem o ressalto de terra e o ruído de tensão para garantir a integridade do sinal.
Localização e tipo de furo passante: Posicione e selecione corretamente as estruturas de orifício passante de alta frequência para reduzir a distorção do sinal. Utilizar tipos de vias de alta frequência para atenuar a atenuação do sinal.
Processos e desafios de fabricação: A fabricação de PCBs de alta frequência envolve etapas críticas, como laminação, gravação e perfuração, que apresentam os seguintes desafios:
Tolerâncias mais rígidas: As PCBs de alta frequência precisam manter tolerâncias rígidas na largura do alinhamento, no espaçamento e na constante dielétrica para garantir a integridade do sinal e o controle da impedância.
Técnicas avançadas de perfuração: Técnicas avançadas, como perfuração a laser ou perfuração de profundidade controlada, são usadas para criar orifícios de passagem, garantindo perda mínima de sinal e variação de impedância.
Manuseio de materiais: Os materiais de PCB de alta frequência são sensíveis ao manuseio fino e precisam ser mantidos sob baixa tensão mecânica e em condições de armazenamento naturalmente favoráveis.

Alinhamento de placas de circuito impresso de sinais de alta frequência

Em primeiro lugar, o projeto de circuitos de alta frequência requer atenção especial às características de transmissão do sinal. Em placas PCB multicamadas, uma escolha razoável de camadas e dimensões pode fazer uso total da camada intermediária para blindagem, para realizar a proximidade do aterramento, reduzir a indutância parasita, encurtar o caminho de transmissão do sinal, reduzir a interferência cruzada do sinal e melhorar a confiabilidade do circuito.
Entretanto, com o aumento do número de camadas de PCB, o processo de fabricação se torna mais complexo e o custo aumenta.Portanto, além de escolher o número certo de camadas de PCB, o layout razoável dos componentes e o planejamento da fiação também são necessários durante o projeto. A seguir, apresentamos um resumo de algumas das experiências de fiação de alta frequência:

1. Reduzir a alternância da camada de chumbo: No processo de conexão de componentes, minimize o uso de vias, pois cada via trará capacitância distribuída adicional, afetando a velocidade e a estabilidade da transmissão do sinal.
2. reduzir o comprimento do cabo: A intensidade da radiação de sinais de alta frequência é diretamente proporcional ao comprimento do alinhamento; portanto, para linhas de sinal de alta frequência, como relógios, cristais etc., o comprimento do alinhamento deve ser reduzido ao máximo para reduzir a interferência do acoplamento.
3. Evite dobrar o chumbo: Na fiação de circuitos de alta frequência, deve-se tentar usar linhas retas, como a necessidade de virar, deve-se usar uma linha ou arco dobrável de 45 graus, para reduzir o sinal para o exterior da emissão e do acoplamento.
4. controle de diafonia: A diafonia é a linha de sinal devido ao acoplamento de campo eletromagnético entre o ruído indesejado. Para reduzir a diafonia, as linhas de sinal podem ser seriamente inseridas entre o aterramento ou o plano de aterramento, aumentar o espaçamento das linhas de sinal ou em camadas adjacentes usando o alinhamento vertical.
5. Isolamento do aterramento digital e analógico: O aterramento do sinal digital de alta frequência e o aterramento do sinal analógico devem ser isolados para evitar que os harmônicos de alta frequência interfiram nos sinais analógicos por meio do acoplamento de aterramento.
6. Aumente a capacitância de desacoplamento: Aumente a capacitância de desacoplamento de alta frequência perto dos pinos da fonte de alimentação do bloco de CI, o que pode suprimir os harmônicos de alta frequência nos pinos da fonte de alimentação e reduzir a interferência.
7. Evite a formação de loops: O alinhamento do sinal de alta frequência deve evitar a formação de loops e, se isso for inevitável, deve minimizar a área do loop.
8. Assegure a correspondência da impedância do sinal: A incompatibilidade de impedância levará à reflexão do sinal, afetando a estabilidade do sinal. Portanto, a impedância característica da linha de transmissão do sinal deve ser igual à impedância da carga, para evitar mudanças repentinas ou curvas na linha de transmissão.
   Ao projetar a fiação de PCB de alta velocidade, também é necessário cumprir regras específicas de fiação, como as regras de alinhamento diferencial para sinais como LVDS, USB, HDMI e DDR, a fim de controlar a impedância dos pares de sinais e reduzir a diafonia.

Fiação de PCB para reduzir a interferência de sinais de alta frequência

No projeto de circuitos de alta frequência, a diafonia entre as linhas de sinal é um problema que requer atenção especial. A diafonia refere-se ao fenômeno de acoplamento entre as linhas de sinal que não estão diretamente conectadas, o que terá um sério impacto no desempenho e na confiabilidade do circuito. A seguir, algumas medidas eficazes para reduzir a diafonia de sinais de alta frequência
Inserção de um aterramento ou plano de aterramento: A inserção de um aterramento ou plano de aterramento entre duas linhas com diafonia grave pode servir como um isolamento, reduzindo assim a diafonia.
Arranjo de uma grande área de solo: 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.
Aumentar o espaçamento das linhas de sinal: Sob a premissa de que o espaço da fiação permite, aumentar o espaçamento entre as linhas de sinal adjacentes pode reduzir o comprimento paralelo das linhas de sinal, reduzindo assim a diafonia.
Alinhamento vertical: Se o alinhamento paralelo dentro da mesma camada não puder ser evitado, nas duas camadas adjacentes, a direção do alinhamento é perpendicular uma à outra, o que pode reduzir efetivamente a diafonia.
Ao redor da linha do relógio: a linha do relógio deve ser cercada por fios de aterramento e mais orifícios de aterramento para reduzir a capacitância de distribuição, reduzindo assim a diafonia.
O uso de sinal de relógio diferencial de baixa tensão: o sinal de relógio de alta frequência, tanto quanto possível, deve usar o sinal de relógio diferencial de baixa tensão e o aterramento do pacote, o que pode reduzir efetivamente a diafonia.
Aterre ou conecte à fonte de alimentação: As entradas ociosas não ficam suspensas, mas serão conectadas ao terra ou à fonte de alimentação, o que pode reduzir interferências desnecessárias.

Escopo de aplicação de PCB de alta frequência

A PCB de alta frequência desempenha um papel importante em muitos campos devido ao seu excelente desempenho e à ampla gama de cenários de aplicação. Veja a seguir algumas das principais áreas de aplicação:

1. Equipamento de comunicação
   As PCBs de alta frequência desempenham um papel fundamental nos equipamentos de comunicação. Elas são amplamente usadas em equipamentos como telefones, celulares, rádios, sistemas de comunicação via satélite, etc., para fornecer caminhos confiáveis de transmissão de sinal e garantir a transmissão precisa de dados. O excelente desempenho das PCBs de alta frequência permite que os equipamentos de comunicação mantenham uma qualidade de comunicação estável em ambientes complexos e mutáveis.
2. Equipamentos médicos
   Os equipamentos médicos têm requisitos extremamente altos de precisão e confiabilidade.As PCBs de alta frequência são amplamente utilizadas em equipamentos de diagnóstico e monitoramento médico, instrumentos cirúrgicos, dispositivos implantáveis, entre outros, devido à sua alta precisão e estabilidade.As PCBs de alta frequência podem garantir a operação normal dos equipamentos médicos e a segurança dos pacientes.
3. Sistemas de controle industrial
   As PCBs de alta frequência desempenham um papel fundamental nos sistemas de controle industrial. Elas são usadas em diversos equipamentos de automação, como robôs, máquinas-ferramentas CNC, automação de linhas de produção etc., para obter controle e operação precisos. O excelente desempenho das PCBs de alta frequência permite que os sistemas de controle industrial operem de forma eficiente e estável.
4. Eletrônica automotiva
   Um grande número de PCBs de alta frequência é usado em automóveis, incluindo módulos de controle do motor, módulos de controle da carroceria, sistemas de controle de airbag e assim por diante.Essas placas de circuito controlam os vários sistemas do veículo e garantem sua operação normal.O excelente desempenho das PCBs de alta frequência permite que os sistemas eletrônicos automotivos mantenham um desempenho estável em ambientes de direção complexos e variáveis.
5. Aeroespacial
   O campo aeroespacial exige um alto grau de confiabilidade e precisão nos equipamentos.A placa de circuito impresso de alta frequência, devido ao seu excelente desempenho e estabilidade, é amplamente utilizada em aeronaves, foguetes, satélites etc., a fim de realizar uma variedade de funções complexas de controle e monitoramento.O excelente desempenho das PCBs de alta frequência permite que os equipamentos aeroespaciais mantenham uma operação estável em ambientes extremos.
6. Computadores e servidores
   Os computadores e servidores também exigem o uso de um grande número de PCBs de alta frequência. Essas placas fornecem caminhos confiáveis de transmissão de sinal e garantem a rápida transmissão e o processamento de dados. O excelente desempenho das placas de circuito impresso de alta frequência permite que os computadores e servidores operem em alta velocidade e mantenham um desempenho estável.
7. Internet das Coisas (IoT)
   O número de dispositivos de IoT é enorme e precisa realizar várias funções inteligentes. As PCBs de alta frequência fornecem controle estável e confiável e caminhos de transmissão de dados para dispositivos de IoT, possibilitando assim o gerenciamento inteligente e o monitoramento remoto dos dispositivos. A ampla aplicação de PCBs de alta frequência promove o rápido desenvolvimento da tecnologia de IoT.

Em suma, o projeto de circuitos de alta frequência é um processo complexo que exige uma consideração abrangente da transmissão de sinais, da interferência eletromagnética, do custo e do processo de fabricação, entre outros fatores.Por meio de uma escolha razoável de camadas de PCB e de um planejamento cuidadoso do layout e da fiação dos componentes, podemos projetar circuitos de alta frequência eficientes e confiáveis para atender às necessidades de alto desempenho dos equipamentos eletrônicos modernos.