1, Anforderungen an die gestapelte Struktur: Rogers-Boards können keine „normale vierschichtige Board“-Struktur verwenden
Dies ist die Kernanforderung, die das Impedanzdesign von Rogers-Hochfrequenzplatinen von gewöhnlichen Platinen unterscheidet:
Die gewöhnliche vierschichtige Platte ist eine Kernplatte mit 2/3 Schichten, und PP (halbgehärtete Platte) wird nach oben und unten gedrückt, um die äußere Impedanz zu steuern. PP hat jedoch eine instabile Dicke und einen ungleichmäßigen Klebstofffluss während des Kompressionsfüllens, was zu einer Impedanzdrift in der Außenschicht führen kann und ist nicht für Rogers-Hochfrequenzplatinen geeignet.
Der richtige Ansatz besteht darin, eine „Dual-Core-Board-Struktur“ zu verwenden: Das heißt, das Referenzmedium für die äußere Impedanzleitung wird von der Kernplatine bereitgestellt, da die Dicke des Mediums in der Mitte der Kernplatine stabil und kontrollierbar ist, was die Stabilität des Signals der äußeren Impedanzleitung gewährleisten kann.
Die Dicke der Kernplatine und die Dicke des Zwischenmediums können angepasst werden, aber die Impedanzlinienbreite/der Linienabstand muss zusammen mit dem Stapel angepasst werden und kann nicht geändert werden, ohne die Linienbreite zu ändern.
Zwei gängige Beispiele für Rogers Hochfrequenz-Platinenimpedanzstapelung (am Beispiel von RO4350B, Dk{2}}):
Sowohl die doppelseitige Platine als auch die obere und untere Schicht verfügen über Signalleitungen: L1/L2 und L3/L4 verwenden jeweils eine RO4350B-0,254-mm-Kernplatine, wobei die Mitte mit {{7}mm-Medium gefüllt ist.
Nur die obere (oder untere) Schicht verfügt über Signalleitungen: Für benachbarte L1/L2-Signalschichten wird ein RO4350B 0,254 mm verwendet, mit 0.1+0.73+0.1 mm Füllung in der Mitte und 0,23 mm fr4 für L3/L4 auf der anderen Seite.
Design mit gemischtem Druck: Verwenden Sie Rogers nur für die Schlüsselschichten, die Hochfrequenz-/Hochgeschwindigkeitssignale übertragen, und verwenden Sie fr4 für die Leistungsschicht, die Formation und die Schichten mit niedriger Geschwindigkeit, um Leistung und Kosten auszugleichen (Rogers-Preis ist etwa 5-{7}10-mal so hoch wie der von FR-4). Beim Mischen sollte durch die Stapelung sichergestellt werden, dass die Hochfrequenzschicht an die vollständige Referenzebene angrenzt.
2, Impedanzberechnungs- und Simulationsanforderungen
Sie muss mit professionellen Werkzeugen berechnet werden und kann nicht auf der Grundlage von Erfahrung geschätzt werden: Der offizielle Mikrowellenimpedanzrechner MWI (Microwave Impedance Calculator) von Rogers verfügt über ein integriertes genaues Materialparametermodell (einschließlich Daten zu Dk, die sich mit der Frequenz ändern); Leiterplattenhersteller und -designer verwenden häufig Polar SI9000/SI8000.
Bei der Berechnung sollte der „vom Hersteller gemessene/Chargen-Dk-Wert“ zur Kalibrierung des Modells verwendet werden: Obwohl die Dk-Schwankung verschiedener Chargen desselben Modells gering ist (Rogers-Werksschwankung kleiner oder gleich ± 0,05), tritt bei hohen Frequenzen immer noch eine Impedanzdrift auf. Die professionelle Praxis besteht darin, die Berechnung anhand des gemessenen Dk-Werts jeder Charge zu korrigieren.
Modellauswahl: Es gibt erhebliche Unterschiede in der Modellimpedanz zwischen koplanaren Wellenleitern, Mikrostreifenleitungen und Streifenleitungen (gleiche/unterschiedliche Medien) - Bei gleicher Leitungsbreite ist die Impedanz von Mikrostreifenleitungen normalerweise 10 % bis 15 % höher als die von Streifenleitungen (Mikrostreifenleitungen haben Luftmedien und einen niedrigeren äquivalenten Dk). Die Wahl des falschen Modells führt zu völlig falschen Berechnungen.
Einbeziehung von Toleranzen in das Design: Die Designausgabe sollte den Bereich „Linienbreite ± Toleranz → Impedanzschwankung“ bieten und einen Spielraum lassen, anstatt nur einen Idealwert anzugeben.
3, Anforderungen an die Verkabelungskonstruktion
Vollständige Referenzmasseebene: Die Hochfrequenzsignalschicht muss eine durchgehende Masseebene als Referenz haben. Es ist verboten, Gräben auszuheben oder die Erdungsebene mit Kabeln unterhalb des Hochfrequenzgeräts zu durchtrennen, da es sonst zu einer plötzlichen Änderung der lokalen Impedanz kommt.
Differentialpaar: Streng gleiche Länge und äquidistante Verdrahtung (der Längenunterschied wird im Allgemeinen innerhalb von 5 ml kontrolliert), der Differentialabstand S bestimmt direkt die Differentialimpedanz -, wenn der Abstand kleiner als die Leitungsbreite ist, die Kopplung erheblich verbessert wird und die Differentialimpedanz deutlich niedriger als das Doppelte der Single-Ended-Impedanz ist.
Behandlung von Durchgangslöchern: Durchgangslöcher können die lokale Impedanz beschädigen, daher ist es ratsam, so wenig wie möglich zu bohren. Blinde, vergrabene Löcher sollten für den HF-Pfad Vorrang haben, und bei Bedarf sollten Rückbohrungen verwendet werden, um Stichleitungen zu entfernen, um Reflexionen zu reduzieren.
Isolierung: Die Hochfrequenzleitung sollte in ausreichendem Abstand von der Stromversorgung und der Analogleitung gehalten werden (im Allgemeinen größer oder gleich dem Dreifachen der Leitungsbreite) und bei Bedarf sollte eine Erdungswand (Via Fence) hinzugefügt werden, um Übersprechen zu unterdrücken.
7, Anforderungen an die Impedanzkoordination in Fertigungsprozessen (beim Entwurf zu berücksichtigen)
Die durch die Konstruktion vorgesehenen Toleranzen hängen letztlich von der Prozessumsetzung ab. Bei der Auswahl von Boards und dem Verfassen von Spezifikationen sollten folgende Fähigkeiten aufeinander abgestimmt sein:
Linienbreitentoleranz: Die Hochfrequenzplatine muss kleiner oder gleich ± 0,015 mm (ungefähr ± 0,6 mil) sein und erfordert eine LDI-Laser-Direktbeschriftung; Die Anforderungen für Szenarien mit mehr als oder gleich 10 GHz sind strenger.
Gleichmäßigkeit der Dielektrikumsdicke: IPC-6018C erfordert eine Toleranz von besser als ± 10 %, und die Abweichung der Dielektrikumsdicke für jede Schicht Rogers-Sperrholz sollte innerhalb von ± 0,01 mm kontrolliert werden.
Dk-Chargenkonsistenz: Wählen Sie die gleiche Charge von Platten aus, um Dk-Schwankungen zu vermeiden.
Tests: Der TDR-Impedanztest (IPC-TM-650 2.5.5.7, Testanstiegszeit kleiner oder gleich 35 ps) sollte vor Verlassen des Werks durchgeführt werden. High-End erfordert eine 100 % vollständige Inspektion mit beigefügtem Impedanztestbericht. Wichtige HF-Verbindungen sollten mithilfe von VNA auf Einfügedämpfung/Rückflussdämpfung überprüft werden.
8, Der Zusammenhang zwischen Board-Auswahl und Häufigkeit
Die Prämisse des Impedanzdesigns besteht darin, die richtige Platine auszuwählen, die je nach Frequenz schnell lokalisiert werden kann:
Weniger als oder gleich 1 GHz: Herkömmliches FR-4 ist ausreichend (Dk ≈ 4,2);
1–10 GHz: Mittel- bis Hochfrequenzplatinen (z. B. RO4350B, RO4003C);
Größer als oder gleich 10 GHz/Millimeterwelle (77-GHz-Radar): Es müssen Hochfrequenzplatinen (RO3003, RT/duroid 5880 und andere Materialien mit extrem geringem Verlust) verwendet werden.