Радиочастотная (РЧ) печатная плата — это очень высокоскоростная схема, которая работает на частотах 100 МГц и выше, обычно в диапазоне от 500 МГц до 2 ГГц. Радиочастотные печатные платы являются основой высокотехнологичных устройств, таких как беспроводные сети, смартфоны, смарт-телевизоры и многое другое. Кроме того, радиочастотные печатные платы используются в автомобильной, медицинской, военной и аэрокосмической промышленности для профессионального измерения, обнаружения и мониторинга.

Радиочастотные схемы существенно отличаются от любых типичных аналоговых и цифровых схем. Радиочастотные сигналы включают в себя высокочастотные аналоговые сигналы, которые могут быть на любом уровне напряжения или тока, в заданных пределах, в любой момент времени. Конструкция этой радиочастотной печатной платы довольно сложна, и необходимо соблюдать строгие правила для смягчения проблем с помехами, вызванными высокочастотными сигналами.

В процессе проектирования печатных плат RF одной из наиболее часто обсуждаемых тем является выбор правильного материала для целевого приложения, чтобы повлиять на окончательный дизайн. Выбранный материал подложки определяет цену, толщину, компоновку схемы, возможности монтажа и т. д., покрывая большую часть общей функциональности продукта.

Настоятельно рекомендуется соответствие диэлектрической проницаемости (Dk) смолы и материала подложки. Неоднородные Dks в подложке могут вызвать проблемы при работе на высоких частотах. При проектировании печатных плат проектировщик должен убедиться, что Dk соответствует всем слоям подложки.

Степень, до которой подложка расширяется при изменении температуры во время производства или эксплуатации печатной платы, известна как коэффициент теплового расширения. Разные слои ламинированной подложки могут расширяться с разной скоростью, что приводит к функциональным сбоям и проблемам с надежностью. При проектировании ВЧ-печатных плат согласование КЛТР всех слоев подложки является обязательным условием.

Рекомендуется выбирать плотную сетку из ламинированных подложек с ткацкими свойствами, так как она может напрямую влиять на Dk.

Тангенс угла потерь материала — это энергия, потерянная в диэлектрической области во время передачи сигнала. При проектировании ВЧ-печатных плат выбор правильного материала касательной угла потерь имеет решающее значение для целостности сигнала. Политетрафторэтилен Материал политетрафторэтилен (ПТФЭ) является одним из таких материалов, предлагаемых для конструкций печатных плат RF.

Выбранная подложка должна поглощать минимальное количество влаги из окружающей среды, чтобы избежать ухудшения характеристик на высоких частотах.

Токовый сигнал имеет тенденцию концентрироваться в небольшой области вблизи поверхности трассы на высоких частотах. Это так называемый скин-эффект. Использование гладкой медной фольги для работы на высоких частотах может снизить эти резистивные потери.

Общие рекомендации по проектированию и компоновке для создания высококачественной радиочастотной печатной платы

Основной проблемой является восприимчивость высокочастотных сигналов к шумовым помехам, таким как звон, отражения или перекрестные помехи. Это требует тщательного согласования импеданса при маршрутизации РЧ-сигналов. Разработчики широко используют обычное значение импеданса 50 Ом, что упрощает согласование импеданса для РЧ-сигналов.

Индуктивность также оказывает большое влияние на конструкцию ВЧ и должна быть как можно ниже. Убедитесь, что радиочастотные компоненты имеют соответствующие заземляющие соединения и нет разрывов в контуре.

Дорожки, соединяющие радиочастотные компоненты, должны быть короткими и располагаться на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы избежать проблем с перекрестными помехами.

Изоляция РЧ-трасс необходима, чтобы избежать проблем с перегревом, так как эти дорожки работают на очень высокой частоте. Этого можно достичь, сшив переходные отверстия вокруг РЧ-дорожек.

Хорошо сбалансированный стек с равномерной толщиной слоя меди улучшает целостность сигнала ВЧ-печатной платы.

Чтобы избежать эффектов связи, высокоскоростные сигнальные трассы должны быть проложены на уровне, отличном от уровня РЧ-сигнала.

Проводка источника питания должна быть проложена на специальной полке питания со вставленными необходимыми развязками и байпасными конденсаторами.

Добавление переходных отверстий к РЧ-трассам и ближним РЧ-компонентам снижает влияние паразитной индуктивности, а также уменьшает связь между РЧ-сигналами и другими сигнальными дорожками на печатной плате.

Руководство по проектированию сборки печатных плат RF Печатные платы RF могут быть изготовлены с высоким ресурсом, следуя некоторым основным рекомендациям по проектированию, необходимым для сборки печатных плат RF. Эти правила являются расширением стандартных правил DFM и помогут в производстве высокопроизводительных, высокоскоростных радиочастотных печатных плат.

Для ВЧ-проектов требуется более высокая мощность. Таким образом, термопрокладки должны быть сконструированы для основных энергетических нужд и при этом изготавливаться с требуемым количеством рассеиваемого тепла.

Размещение компонентов для поверхностного монтажа должно быть продумано заранее на этапе размещения компонентов. В радиочастотных конструкциях многие металлы используются для силовых сетей и экранирования. Эти металлические пространства не должны использоваться проектировщиками для размещения каких-либо компонентов SMT.

Сложные требования к трассировке сигналов для ВЧ-печатных плат могут привести к строгим стратегиям размещения компонентов. Но проектировщики должны учитывать необходимые требования к доработке и отладке во время массового производства, а также должны обеспечить достаточное пространство для доступа к компонентам.

Найти золотую середину, отвечающую электрическим требованиям и технологичности, можно, если проектировщик тщательно рассмотрит все требования к проектированию и сборке радиочастотной печатной платы.

Руководство по безопасному обращению с печатными платами RF

Бум беспроводных технологий обеспечил потребность в высокочастотных радиочастотных печатных платах в потребительских товарах наряду с традиционными военными или аэрокосмическими приложениями. Растущее число радиочастотных продуктов привело к переполнению радиочастотного спектра и нежелательным помехам. Поэтому необходимо обращаться с этими радиочастотными печатными платами с осторожностью.

Экранирование радиочастотной печатной платы и ее чувствительных компонентов может значительно снизить угрозу электромагнитных помех. Но это экранирование также может мешать передаче сигналов. Правильное заземление печатной платы очень важно для решения проблем с электромагнитными помехами. Длинные, высокоскоростные трассы могут выступать в качестве передатчиков и приемников электромагнитных помех. Таким образом, соблюдение минимально возможной длины проводника важно для любой конструкции печатной платы RF.

Проектирование и производство радиочастотных печатных плат требует хороших знаний в предметной области и подробного опыта производства печатных плат. В этом подробном руководстве представлена комбинация факторов проектирования, сборки и безопасности, которые следует учитывать при проектировании радиочастотной печатной платы. Не забудьте привлечь своего поставщика сборки печатных плат на этапе проектирования, чтобы вывести на рынок высокопроизводительные радиочастотные печатные платы.