Основные производственные требования к печатным платам для высокочастотной беспроводной связи

Вы сталкиваетесь с растущим давлением, чтобы соответствовать новым потребностям беспроводной связи. Высокочастотные печатные платы растут быстрее, чем обычные печатные платы, из-за роста сетей 5G и новых приложений IoT. В этих высокочастотных конструкциях используются ламинаты PTFE и Rogers вместо стандартных плат FR4. Эти материалы снижают потери сигнала до 40% и улучшают передачу данных. LT CIRCUIT — надежный партнер, предлагающий передовые производственные решения, которые помогают поддерживать сильные и надежные сигналы. Они также гарантируют соответствие требованиям в этой быстро развивающейся области беспроводной связи.

Основные выводы

# Выбирайте специальные материалы, такие как ламинаты PTFE или Rogers. Они помогают снизить потери сигнала и улучшить работу беспроводной связи.

# Контролируйте импеданс, сопоставляя ширину и расстояние между трассами. Это поддерживает силу сигналов и помогает предотвратить ошибки.

# Используйте точные методы производства, такие как передовое травление и тщательное сверление. Это помогает создавать высокочастотные печатные платы, которые хорошо работают.

# Соблюдайте строгий контроль качества и тестирование, например, стандарты EMC и FCC. Это гарантирует, что ваше устройство работает правильно и соответствует правилам.

# Обрабатывайте тепло и потери сигнала с помощью хороших тепловых конструкций и материалов с низкими потерями. Это поддерживает стабильность вашей печатной платы и помогает ей служить дольше.

Материалы

Подложки

Выбор правильной подложки помогает вашей печатной плате хорошо работать в беспроводной связи. Каждый материал имеет свои преимущества для высокочастотных конструкций. В таблице ниже перечислены распространенные материалы подложек и их особенности:

Примечание: В 2024 году Азиатско-Тихоокеанский регион является крупнейшим рынком подложек для высокочастотных печатных плат, на который приходится более 48% рынка.

Диэлектрические свойства

Диэлектрические свойства очень важны для передачи сигналов, особенно на частотах выше 10 ГГц. Вам нужны материалы с низкой диэлектрической проницаемостью (Dk) и низким коэффициентом потерь (Df). Они помогают поддерживать силу сигналов и снижать потери. Материалы Rogers имеют значения Dk от 3,38 до 3,55 и Df всего 0,002. Материалы Isola имеют немного более высокие Dk и Df, поэтому потери сигнала немного больше, но их легче изготавливать. Подложки на основе тефлона имеют самые низкие Dk и Df, поэтому они лучше всего подходят для очень высокочастотного использования.

Эксперты говорят, что следует использовать материалы с Df ниже 0,005 при 10 ГГц. Это поддерживает низкие потери сигнала и тепло, что очень важно для беспроводной связи.

Управление тепловым режимом

Высокочастотные печатные платы нагреваются сильнее, чем обычные. Вы должны контролировать это тепло, чтобы ваша плата хорошо работала. Печатные платы с металлическим сердечником, такие как платы с алюминием или медью, быстро отводят тепло. Они имеют теплопроводность от 5 до 400 Вт/мК. Это намного лучше, чем FR4, который достигает только 0,4 Вт/мК. Использование печатных плат с металлическим сердечником помогает быстро охладить вашу плату. Это важно для таких вещей, как беспроводные маршрутизаторы, базовые станции и спутники.

Стандарты IPC-2221 помогают вам выбирать материалы с низкой диэлектрической проницаемостью, высокой теплопроводностью, низким влагопоглощением и высокой механической прочностью. Если вы будете следовать этим стандартам, ваша печатная плата будет хорошо работать для высокочастотной беспроводной связи.

Дизайн

Контроль импеданса

Наличие правильного импеданса очень важно для высокочастотной беспроводной связи. Вам необходимо убедиться, что трассы печатной платы соответствуют стандартному импедансу системы, который обычно составляет 50 Ом. Это помогает остановить отражения сигнала и потери мощности. Если импеданс не соответствует, сигналы могут отражаться обратно. Это вызывает звон и ошибки данных. Эти проблемы усугубляются при увеличении частоты. Вы можете остановить эти проблемы, используя трассы с контролируемым импедансом. Убедитесь, что источник, приемник и трассы имеют одинаковый импеданс.

Отраслевые правила гласят, что вы должны поддерживать допуск импеданса между ±1% и ±2% для высокочастотных беспроводных трасс печатных плат. Этот тщательный контроль поддерживает силу сигналов и хорошую работу систем.

Если импеданс не соответствует в высокочастотных трассах печатных плат, сигналы отражаются обратно и становятся слабее. Это ухудшает качество сигнала. Детали и трассы изготавливаются для определенного импеданса, чтобы предотвратить это. Когда частота увеличивается, потери при вставке значительно ухудшаются, если импеданс не соответствует. Хорошее согласование импеданса поддерживает низкие отражения и потери мощности. Это помогает поддерживать четкость сигналов в беспроводной связи.

Целостность сигнала

Целостность сигнала означает поддержание силы и четкости сигналов при их перемещении по печатной плате. Высокочастотные сигналы могут иметь такие проблемы, как перекрестные помехи, задержка передачи и ошибки синхронизации. Перекрестные помехи возникают, когда сигналы на соседних трассах мешают друг другу. Вы можете снизить перекрестные помехи, увеличив расстояние между трассами. Использование дифференциальной сигнализации и защитных трасс также помогает.

Совет: Сделайте расстояние между трассами не менее чем в три раза больше ширины трассы чтобы снизить перекрестные помехи и помехи.

Задержка передачи может вызывать ошибки синхронизации и шум. Если трассы имеют разную длину, сигналы приходят в разное время. Это нарушает синхронизацию часов. Вы можете исправить это,  сопоставляя длины трасс с помощью змеевидных рисунков. Постарайтесь использовать как можно меньше переходных отверстий. Поместите переходные отверстия перехода близко к сигнальным переходным отверстиям когда сигналы меняют опорные плоскости. Используйте инструменты моделирования, чтобы найти и исправить проблемы с целостностью сигнала перед изготовлением платы.

EMI/EMC

Электромагнитные помехи (EMI) и электромагнитная совместимость (EMC) являются большими проблемами в беспроводной связи. EMI может создавать шум и вызывать потерю сигнала. EMC гарантирует, что ваша печатная плата не будет мешать другим устройствам. Вы можете снизить EMI и поддерживать EMC следуя этим советам по компоновке:

1. Поместите похожие детали (аналоговые и цифровые) в отдельные группы, чтобы снизить перекрестные помехи.

2. Разместите развязывающие конденсаторы рядом с контактами питания, чтобы блокировать высокочастотный шум.

3. Держите сигнальные трассы короткими и прямыми, чтобы они не действовали как антенны.

4. Поддерживайте контролируемый импеданс для важных сигналов.

5. Не используйте острые углы; используйте углы или кривые 45 градусов.

6. Используйте дифференциальные пары для быстрых сигналов.

7. Поместите сплошные плоскости заземления под сигнальные слои.

8. Не разделяйте плоскости заземления, чтобы остановить петли EMI.

9. Разместите переходные отверстия заземления рядом с контактами деталей.

10. Закройте чувствительные области металлическими экранами или заземленными медными заливками.

11. Сделайте области петель в путях питания и сигнала как можно меньше.

Примечание: Держите РЧ и цифровые секции отдельно на печатной плате, чтобы помочь изоляции и снизить EMI. Используйте многослойные стеки, чтобы об