2025-07-15
ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความถี่สูง ที่สัญญาณวิ่งวิ่งในระดับ 10 GHz และมากกว่านั้น แม้แต่การสูญเสีย 1 dB ก็สามารถทําให้การทํางานเสื่อมหรือเครื่องรับสัญญาณดาวเทียมอาจไม่สามารถส่งข้อมูลการสูญเสียสัญญาณที่นี่ไม่ใช่แค่เรื่องน่ารําคาญ แต่เป็นจุดผิดพลาดที่สําคัญ ข่าวดีคือ ด้วยวัสดุที่เหมาะสมและการเลือกการออกแบบ คุณสามารถลดการสูญเสียสัญญาณได้ถึง 60%รับรองว่า PCB ความถี่สูงของคุณทํางานตามที่ตั้งใจนี่คือวิธีการทํา
เหตุ ผล ที่ เสีย สัญญาณ เกิด ขึ้น ใน PCB ความถี่ สูง
การสูญเสียสัญญาณ (มักเรียกว่าการสูญเสียการใส่) ใน PCB ความถี่สูง เกิดจากผู้กระทําผิดหลักสามคน การเข้าใจพวกเขาคือขั้นตอนแรกในการแก้ปัญหา:
a.ความสูญเสียทางไฟฟ้า: พลังงานที่สูญเสียในรูปของความร้อนในพื้นฐาน PCB ที่เกิดจากความถี่ทางไฟฟ้าของวัสดุ (Dk) และความสูญเสีย (Df) ความสูญเสียที่สูงกว่า Df = ความสูญเสียมากขึ้น โดยเฉพาะที่เกิน 28 GHz
b. การสูญเสียสายนํา: ความต้านทานในรอยทองแดง ที่แย่ลงจากการเกิดผิวหนัง (สัญญาณความถี่สูงที่เดินทางบนพื้นผิวรอย) และความหยาบคายของพื้นผิว
c. การสูญเสียรังสี: สัญญาณที่รั่วไหลจากร่องรอยเนื่องจากการนําทางที่ไม่ดี, การติดพื้นที่ที่ไม่เพียงพอ, หรือความยาวของร่องรอยที่เกิน
การ เลือก วัสดุ: ฐาน ของ การ ทํา งาน ที่ มี ความ เสีย เสีย ต่ํา
พื้น PCB ของคุณคือเส้นแรกของการป้องกันต่อการสูญเสียสัญญาณ นี่คือวิธีการที่วัสดุบนเปรียบเทียบที่ 60 GHz (ความถี่มิลลิเมตรคลื่นทั่วไปสําหรับ 5G และราดาร์)
| วัสดุ | Dk (60 GHz) | Df (60 GHz) | การสูญเสียไฟฟ้า Dielectric (dB/inch) | ความสูญเสียของตัวนํา (dB/นิ้ว) | ความสูญเสียทั้งหมด (dB/นิ้ว) | ดีที่สุดสําหรับ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| มาตรฐาน FR-4 | 4.4 | 0.025 | 8.2 | 3.1 | 11.3 | อุปกรณ์ผู้บริโภค < 10 GHz |
| โรเจอร์ส RO4830 | 3.38 | 0.0027 | 1.9 | 2.8 | 4.7 | ระยะกลางของสาย 5G 24-30 GHz |
| Isola Tachyon 100G อิโซลา ทาคิออน 100G | 3.0 | 0.0022 | 1.5 | 2.5 | 4.0 | ระบบรังสี mmWave 50~60 GHz |
| PTFE (Teflon-Based) | 2.1 | 0.0009 | 0.8 | 2.2 | 3.0 | ดาวเทียม/ไมโครเวฟ (> 70 GHz) |
ข้อมูลสําคัญ: วัสดุ PTFE และ Rogers ลดการสูญเสียโดยรวมถึง 65-73% เมื่อเทียบกับ FR-4 ที่ 60 GHz สําหรับการออกแบบความถี่สูงส่วนใหญ่, Rogers RO4830 ประสานงานระหว่างผลงานและต้นทุน
การออกแบบกลยุทธ์เพื่อลดการสูญเสียสัญญาณให้น้อยที่สุด
แม้แต่วัสดุที่ดีที่สุดก็ไม่สามารถเอาชนะการออกแบบที่ไม่ดี. ใช้เทคนิคเหล่านี้เพื่อเสริมการเลือกพื้นฐานของคุณ:
1. ลดความยาวของรอย
สัญญาณความถี่สูงจะลดลงอย่างรวดเร็วในระยะทาง สําหรับทุก 1 นิ้วของรอยที่ 60 GHz:
a.FR-4 เสีย ~ 11 dB (เกือบ 90% ของความแรงสัญญาณ)
b.PTFE เสีย ~ 3 dB (50% ของความแข็งแรง)
แก้ไข: เส้นทางติดตามโดยตรง, หลีกเลี่ยงการโค้งที่ไม่จําเป็น. ใช้รูปแบบ ′′dogbone′′ สําหรับการเชื่อมต่อส่วนประกอบเพื่อลดความยาวให้น้อยที่สุดโดยไม่เสียสละความสามารถในการผสม
2ควบคุมความคับค้านอย่างเข้มงวด
ความไม่เหมาะสมของอัมพานซ์ (เมื่ออัมพานซ์รอยหันออกจากเป้าหมาย เช่น 50 โอหม์) ทําให้สัญญาณสะท้อนกลับแทนที่จะไปถึงจุดหมายของพวกเขา
วิธีแก้ไข:
ใช้เครื่องมือจําลอง (ตัวอย่างเช่น Ansys SIwave) เพื่อคํานวณความกว้าง/ความห่างของร่องรอยสําหรับวัสดุของคุณ (ตัวอย่างเช่น ร่องรอย 50 หมื่นบน Rogers RO4830 ต้องการความกว้าง ~ 7 มิลกับความห่าง 6 มิล)
เพิ่มคูปองการทดสอบอิเมพานด์กับแผ่น PCB เพื่อตรวจสอบความสม่ําเสมอหลังการผลิต
3. ปรับปรุงระดับพื้นดิน
ระเบียงพื้นดินแข็งเป็นกระจกสําหรับสัญญาณ ลดการสูญเสียรังสีและทําให้อุปสรรคมั่นคง
แนวปฏิบัติที่ดีที่สุด:
a. ใช้ระดับพื้นที่ต่อเนื่องตรงใต้ร่องสัญญาณ (ไม่มีการแยกหรือช่องว่าง)
b.สําหรับ PCB หลายชั้น วางระดับพื้นที่ติดกับชั้นสัญญาณ (แยกกัน ≤ 0.02 นิ้วสําหรับความถี่สูง)
4. ลด Vias และ Stubs
Vias (หลุมเชื่อมชั้น) สร้างความผิดต่อเนื่อง impedance โดยเฉพาะถ้าพวกเขา:
a. ขนาดใหญ่เกินไป (กว้าง > 10 mils สําหรับการออกแบบ 50 ohm)
b. ไม่เคลือบหรือเคลือบไม่ดี
c. พร้อมด้วย ′′stubs′′ (ไม่ใช้ผ่านความยาวนอกจุดเชื่อม)
แก้ไข: ใช้ไมโครวีอา (68 มิลลิส) กับการเจาะกลับ เพื่อกําจัดสตับ โดยลดการสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับทางผ่าน 40%
5.รอยทองแดงเรียบ
พื้นผิวทองแดงที่หยาบคายเพิ่มการสูญเสียของสายนําถึง 30% ในระดับ 60 GHz (เพราะความต้านทานการขยายผลของผิวหนัง)
a.คําตอบ: กําหนดทองแดงที่มีโปรไฟล์ต่ํา (ความหยาบของพื้นผิว < 0.5 μm) แทนทองแดงมาตรฐาน (1.5 ∼ 2.0 μm) Rogers และ Isola ให้รองพื้นที่ที่มีทองแดงโปรไฟล์ต่ําที่มีลามิเนตก่อนสําหรับวัตถุนี้
ผลการใช้งานในโลกจริง: การศึกษากรณี 5G
ผู้ผลิตโทรคมนาคมเปลี่ยนจาก FR-4 เป็น Rogers RO4830 สําหรับโมดูล 5G 28 GHz ของพวกเขา และนํากลยุทธ์การออกแบบข้างต้นมาใช้
a. การสูญเสียสัญญาณลดจาก 8 dB เป็น 3.2 dB ในระยะ 4 นิ้ว
b ความน่าเชื่อถือของการเชื่อมต่อดีขึ้น 45% ในการทดสอบสนาม
c. การผลิตความร้อน (จากการสูญเสียไฟฟ้า) ลดลง 28% เพิ่มอายุการใช้งานของส่วนประกอบ
สรุป
การหยุดการสูญเสียสัญญาณใน PCB ความถี่สูงต้องการวิธีการสองแนวทาง: การเลือกวัสดุที่มี Df ต่ํา (เช่น Rogers หรือ PTFE) และการจับคู่กับการควบคุมการออกแบบที่เข้มงวด (รอยสั้นการจับคู่อุปสรรคสําหรับระบบ 5G ระบบเรดาร์ หรือระบบดาวเทียม การผสมผสานนี้ไม่ใช่ตัวเลือก มันคือความแตกต่างระหว่างผลิตภัณฑ์ที่ทํางานกับผลิตภัณฑ์ที่ล้มเหลว
โดยให้ความสําคัญทั้งผลงานของวัสดุและวินัยการออกแบบ คุณจะมั่นใจว่า PCB ความถี่สูงของคุณจะให้ความเร็ว ระยะยาว และความน่าเชื่อถือที่คําขอของคุณต้องการ
ส่งข้อสอบของคุณตรงมาหาเรา
