מהו PCB במהירות גבוהה?
אנו מכנים מעגל מודפס (PCB) עם תדר העברת אות מעל 1GHz מעגל מודפס במהירות גבוהה.
מהם היתרונות של שימוש במעגלים מודפסים במהירות גבוהה?
כדי לשפר את תדר האות ולפתור את בעיית ה-EMI של מוצרים אלקטרוניים, יוצרו מעגלים מודפסים (PCBs) מהירים. לאחר שתכנון המעגלים המודפסים המהירים זכה להצלחה רבה, תרומתם ל-EMI הולכת וגדלה. כמעט 60% מבעיות ה-EMI ניתנות לפתרון באמצעות מעגלים מודפסים מהירים.
אילו חומרים משמשים במעגלים מודפסים במהירות גבוהה?
חומרים בעלי עמידות בחום, קשיחות מכנית ואמינות טובה
חומרים עם פרמטרים יציבים של Dk/Df (מקדם וריאציה קטן עם התדירות והסביבה)
חומרים עם בקרת עכבה טובה
חומרים עם חספוס נמוך של פני השטח של נייר הנחושת
מומלץ לבחור בד סיבי זכוכית עם פתחים שטוחים קטנים.
אילו טיפים עליי לקחת בחשבון בעת תכנון PCB במהירות גבוהה?
מספר טיפים לתכנון PCB במהירות גבוהה מתוארים להלן.
1) השתמשו בתוכנת עיצוב עם אפשרויות מתקדמות
מהנדסים צריכים להכיר את תוכנות התכנון שיכולות לספק אפשרויות מתקדמות. כלי תוכנה דורשים הרבה תכונות מתוחכמות כדי שיוכלו לתכנן מעגלים מודפסים במהירות גבוהה בתוכנת CAD. עליכם להבין טוב יותר את כלי ה-CAD רבי העוצמה.
2) ניתוב במהירות גבוהה
כשמדובר בניתוב במהירות גבוהה, מתכננים צריכים להבין את כללי הניתוב הבסיסי, כולל אי-ניתוק שכבות הארקה ושמירה על ניתוב קצר. לכן, אנא מנעו מעבר בין-שיחות (crosstalk) על פני מרחק מסוים בקווים דיגיטליים והגנו על כל הגורמים שעלולים ליצור הפרעות לשלמות האות.
3) ניתוב עם בקרת עכבה
עבור אותות מסוימים של כ-40-120 אוהם, הם זקוקים להתאמת עכבה. התאמת העכבה האופיינית מתגלה על ידי אנטנות וזוגות דיפרנציאליים רבים.
מתכננים צריכים להבין כיצד לחשב את רוחב הניתוב ואת הסט-אפ הנדרש של ערך העכבה. אם ערך העכבה אינו נכון, הדבר עלול להשפיע באופן משמעותי על האות, מה שעלול להוביל לשחיתות נתונים.
4) עקבות עם התאמת אורך
ישנם קווים רבים באפיק הזיכרון המהיר ובאפיק הממשק. קווים אלה יכולים לפעול בתדרים גבוהים מאוד, ולכן האות צריך להיות מועבר בו זמנית מהשולח למקלט. בנוסף, נדרשת תכונה הנקראת התאמת אורך. לכן, התקנים הנפוצים ביותר מגדירים את ערכי הסובלנות שיש להתאים לאורך.
5) מזער את שטח מעגל החזרת הזרם
מתכנני PCB במהירות גבוהה צריכים לפעול לפי כללים בסיסיים, כגון תכנון שכבת הארקה רציפה והפחתת שטח מעגל החזרת הזרם על ידי אופטימיזציה של נתיב החזרת הזרם של הניתוב, וכן הצבת ויות תפורות רבות.
מהן כמה שיטות עבודה מומלצות לייצור מעגלים מודפסים במהירות גבוהה?
מיומנויות תכנון PCB במהירות גבוהה שולטות, מה שמבטיח שלמות האות.
החומרים של מעגלים מודפסים במהירות גבוהה נבחרים בקפידה כדי להבטיח את ביצועי העברת האות.
מתבצעת בקרת ייצור. נקודות הבקרה העיקריות במהלך הייצור הן רוחב המעגלים, מרווח השכבות, פתחי החיבור המצופים בנחושת, עובי הנחושת של המעגלים, עובי מסכת ההלחמה וכו'.
מהי עלות הבעלות כשמדובר במעגלים מודפסים במהירות גבוהה?
הגורמים הבאים ישפיעו על עלות המעגלים המודפסים במהירות גבוהה.
חומר (חומר המצע, עובי המצע, עובי הנחושת)
ציוד הייצור בו נעשה שימוש
קושי הייצור
דרישות הלקוח
שיטת האריזה שנבחרה
שיטת המשלוח שנבחרה
כיצד לתכנן PCB במהירות גבוהה?
תכנון PCB במהירות גבוהה הוא תהליך מורכב יחסית הדורש התחשבות מלאה באותות, עכבה, קווי תמסורת ואלמנטים טכניים רבים אחרים. הנקודות הטכניות הבאות יכולות לספק התייחסות מסוימת.
השתמש בשכבות מרובות לניתוב בצורה סביר.
ככל שהמוליך בין הפינים של התקני מעגלים במהירות גבוהה קצר יותר, כך ייטב.
יש ליישם גדרות קרקע עבור קווי איתות או יחידות מקומיות חשובות במיוחד.
קו אות בתדר גבוה הממוקם על שכבת השטח נוטה לייצר קרינה אלקטרומגנטית גדולה יותר. יש למקם את קו האות בתדר גבוה בין שכבת ההספק לשכבת הקרקע. הקרינה שתיווצר תהיה נמוכה בהרבה עקב ספיגת הגלים האלקטרומגנטיים על ידי שכבת ההספק והשכבה התחתונה.
מה ההבדל בין PCB מהיר ל-PCB רגיל?
עבור PCB סטנדרטי, אנשים מודאגים בעיקר מקצר חשמלי, בידוד ובעיות אחרות של חוט המתכת. עם זאת, עם השאיפה לביצועים גבוהים של מוצרים אלקטרוניים, יש להגדיל את תדר העברת האות ואנשים מודאגים יותר לגבי עיצוב שלמות האות של PCB במהירות גבוהה.
האם יש שיקולים מיוחדים בעת טיפול במעגלים מודפסים במהירות גבוהה?
שיקולים מיוחדים טמונים בתכנון וייצור של מעגלים מודפסים במהירות גבוהה בעת טיפול במעגלים מודפסים במהירות גבוהה.
יש להתאים את אורך הניתוב הדיפרנציאלי.
המסלול לא אמור לחצות מישורי קרקע לא שלמים.
אין להציב נקודות בדיקה על קווי איתות דיפרנציאליים במהירות גבוהה.
אין לנתב קווי אות במהירות גבוהה ליד או מתחת לגבישים, מתנדים, ספקי כוח ממותגים, חורי הרכבה, התקנים מגנטיים או שבבי אות מחזוריים.
נסו לנתב קווי אות במהירות גבוהה בשכבות העליונות והתחתונות עם שכבת קרקע ייחוס מלאה. לא מומלץ לנתב את הקווים במישור הפנימי.
שמור על מרחק של יותר מ-90 מיל בין האות המהיר לקצה שכבת הקרקע הייחוסית.
שימו לב לטיפול בחיווט השקעים והמחברים.
יש לשלוט במדויק ברוחב, במרחב ובמבנה השכבה של עקבות הנחושת כדי לעמוד בערך העכבה ההדוקה.
בדיקות עכבת TDR נדרשות בדרך כלל לאחר סיומו של ייצור מעגלים מודפסים במהירות גבוהה.
יש לבחור את סוגי החומרים המתאימים כדי לעמוד בפונקציות הרצויות.
גימור משטח שטוח נדרש עבור מעגלים מודפסים במהירות גבוהה, ואנו תמיד ממליצים על ENIG לטיפול במשטח ENEPIG.
מהו קצב העברת הנתונים המקסימלי שניתן להשיג על גבי PCB במהירות גבוהה?
קצב העברת הנתונים המקסימלי התיאורטי שניתן להשיג על גבי PCB במהירות גבוהה הוא 10.0GPs (ג'יגה-ביט לשנייה) ללא ספק, אך נתון זה משתפר בהתמדה.
האם ישנם כלים או תהליכים מיוחדים הנדרשים בעת תכנון PCB במהירות גבוהה?
ישנם כלי תוכנה נדרשים לתכנון PCB וכלי סימולציה של EDA המשמשים בעת תכנון PCB במהירות גבוהה כגון Cadence, Mentor, PADS, Altium, HyperLynx, HFSS, ADS וכו'.
ראוי לציין שכלי תוכנה אחד עשוי להתאים לפרויקט PCB אחד, בעוד שכלי תוכנה אחר יכול להתאים טוב יותר לסוגים אחרים של פרויקטים. לכן, חשוב מאוד למצוא את כלי התוכנה המתאים לתכנון PCB.
מהם המפרטים הבסיסיים והספקים של חומרי PCB במהירות גבוהה?
חומר מהיר יכול להיות FR4, קרמי, PTFE או חומר מחוזק PTFE בתדרים של 1 גיגה-הרץ עד 100 גיגה-הרץ. ישנם מספר ספקים ידועים של חומרי PCB מהירים כגון: Rogers, ISOLA, Ventec, ITEQ, TUC, SHENGYI, Panasonic, Taconic וכו'.
מהן הטעויות הנפוצות בבחירת חומרי PCB עבור מערכות מכ"ם?
טעויות נפוצות בבחירת חומרי PCB עבור מערכות מכ"ם כוללות הסתמכות אך ורק על חומר יחיד (למשל, שימוש ב-FR-4 עבור יישומים בתדר גבוה), התעלמות מצרכי ניהול תרמי והתעלמות מהמורכבות של ייצור חומרים מתקדמים.