Um das Signalverlustproblem von Hochfrequenz-Leiterplatten zu lösen, müssen drei Kerndimensionen gleichzeitig implementiert werden: Materialauswahl, Designoptimierung und Prozesssteuerung, um hochfrequenzspezifische Verluste wie dielektrische Verluste und Leiterverluste innerhalb des Zielbereichs zu kontrollieren.
Kernmaterialauswahl und Verlustreduzierungsplan
Auswahl des Substrats mit geringem Verlust: Hochfrequenzsubstrate mit einem Df-Wert kleiner oder gleich 0,005, wie Rogers RO4350B- und PTFE-Serienplatten, werden bevorzugt, um gewöhnliches FR-4 (Df größer oder gleich 0,02) zu ersetzen und den dielektrischen Verlust von der Wurzel zu reduzieren.
Kontrollieren Sie die Rauheit der Kupferfolie: Durch die Verwendung von Low-Profile-Kupferfolie (HVLP) wird die Oberflächenrauheit auf 0,2 μm kontrolliert, wodurch der durch den Skin-Effekt verursachte Leiterverlust im Millimeterwellen-Frequenzband um mehr als 30 % reduziert werden kann.
Passende Materialstabilitätsparameter: Wählen Sie Platinen mit einer Dk-Toleranz von kleiner oder gleich ± 0,1 und einer Wasserabsorptionsrate unter 0,1 %, um plötzliche Änderungen der Dielektrizitätskonstante durch feuchte Umgebungen oder Temperaturschwankungen zu vermeiden, die zu zusätzlichem Signalverlust führen können.
Optimierungs- und Verlustreduzierungsschema für den Schaltungsentwurf
Strikte Impedanzanpassung: Durch genaue Berechnung der Leitungsbreite, des Leitungsabstands und der dielektrischen Dicke durch elektromagnetische Simulation kann eine kontinuierliche Kontrolle der Zielimpedanzen wie 50 Ω Single-Ended und 100 Ω Differential erreicht werden, wobei die Impedanztoleranzen innerhalb von ± 10 % kontrolliert werden, um Leistungsverluste durch Signalreflexion zu vermeiden.
Optimieren Sie die Verdrahtungsstruktur: Hochfrequenzsignalleitungen sollten so kurz und gerade wie möglich sein und 45-Grad- oder Kreisbogenecken anstelle von rechtwinkligen Ecken verwenden, um Signalverzerrungen durch zusätzliche Induktivität an Ecken zu reduzieren; Ordnen Sie Hochfrequenzsignale in der inneren Schicht nahe der gesamten Masseebene an und verwenden Sie eine Abschirmung der Masseebene, um Strahlungsverluste zu reduzieren.
Verbessern Sie das Erdungs- und Rückflussdesign: Nutzen Sie die Mehrpunkt-Erdungstechnologie, um einen Rückflusspfad mit niedriger Impedanz für hochfrequente Ströme bereitzustellen und so zusätzliche Verluste durch Erdpotenzialschwankungen zu vermeiden. Platzieren Sie Entkopplungskondensatoren in der Nähe der Chip-Stromanschlüsse, um hochfrequentes Rauschen auf den Stromleitungen herauszufiltern.
Plan zur Kontrolle des Herstellungsprozesses und zur Verlustreduzierung
Kontrollieren Sie streng die Genauigkeit der Leitung: Stellen Sie sicher, dass die Toleranz der Leitungsbreite und des Leitungsabstands innerhalb von ± 0,5 mil liegt, vermeiden Sie plötzliche Änderungen der Leitungsimpedanz und reduzieren Sie lokale Verluste während der Signalübertragung.
Optimieren Sie die Ausrichtung zwischen den Schichten: Die Abweichung der Ausrichtung zwischen den Schichten von mehrschichtigen Platinen wird innerhalb von ± 2 mil kontrolliert, um die Überlappung zwischen der Signalschicht und der Referenz-Masseebene sicherzustellen und Impedanzdiskontinuitäten zu vermeiden, die durch einen Versatz der Referenzebene verursacht werden.
Verlustarme Oberflächenbehandlung: Oberflächenbehandlungsverfahren mit geringer Oberflächenrauheit, wie z. B. Silber- und Goldabscheidung, sollten Vorrang haben, um zusätzliche Leiterverluste im Hochfrequenzbereich aufgrund dicker Oxidschichten oder Oberflächen mit hoher Rauheit zu vermeiden.