Trong thế giới điện tử tần số cao (HF) — nơi 5G, radar ô tô (77GHz) và các trung tâm dữ liệu tốc độ cao hoạt động — PCB không còn chỉ là một bộ phận cơ khí. Nó là một thành phần quan trọng của chính mạch. Ở tần số trên 1GHz, điện cảm ký sinh, điện dung và tổn thất điện môi trở thành các yếu tố chi phối có thể khiến một nguyên mẫu không đạt kiểm tra EMC hoặc bị tỷ lệ lỗi bit (BER) không thể chấp nhận được.
Là một Kỹ sư Ứng dụng Hiện trường Cao cấp tại DUXPCB, tôi thường thấy các thiết kế trông hoàn hảo trong CAD nhưng lại bị lỗi trong thực tế. Dưới đây là những lỗi thiết kế tần số cao quan trọng nhất và các chiến lược kỹ thuật để tránh chúng.
Lỗi phổ biến nhất là sử dụng FR-4 tiêu chuẩn cho các ứng dụng vượt quá 2-3 GHz. Mặc dù tiết kiệm chi phí, FR-4 có Hệ số tiêu tán (Df) cao, dẫn đến suy hao tín hiệu quá mức (tổn thất chèn). Hơn nữa, Hằng số điện môi (Dk) của nó không ổn định theo tần số hoặc nhiệt độ.
| Thuộc tính | High-Tg FR-4 | Rogers RO4350B | Rogers RO3003 (PTFE) |
|---|---|---|---|
| Hằng số điện môi (Dk) | 4.2 - 4.6 | 3.48 ± 0.05 | 3.00 ± 0.04 |
| Hệ số tiêu tán (Df) | 0.015 - 0.020 | 0.0037 | 0.0010 |
| Độ dẫn nhiệt | 0.3 W/m/K | 0.62 W/m/K | 0.50 W/m/K |
| Hấp thụ độ ẩm | 0.15% | 0.06% | 0.04% |
| Dải tần số tốt nhất | < 1 GHz | 1 - 20 GHz | Lên đến 77+ GHz |
Laminate PCB tiêu chuẩn sử dụng vải sợi thủy tinh dệt. Vì Dk của thủy tinh (~6.0) khác biệt đáng kể so với nhựa (~3.0), một đường tín hiệu chạy trên một "bó" thủy tinh sẽ thấy trở kháng khác với một đường chạy trên một "khoảng trống" (nhựa). Điều này gây ra độ lệch trong các cặp vi sai.
Các nhà thiết kế thường tham khảo IPC-2141A để tính toán trở kháng nhưng không tính đến dung sai sản xuất.
Ở tần số cao, dòng điện chỉ di chuyển trên "bề mặt ngoài" của đồng. Bề mặt hoàn thiện trở thành một phần của đường dẫn dẫn điện.
• ENIG so với Bạc nhúng: Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG) rất phổ biến, nhưng lớp niken có từ tính và có độ dẫn điện thấp hơn, có thể làm tăng tổn thất chèn lên đến 0,5dB/inch ở 10GHz.
Trong các bảng nhiều lớp, một via đi từ Lớp 1 đến Lớp 2 sẽ để lại một "stub" (phần đồng còn lại xuống lớp dưới cùng). Ở tần số cao, stub này hoạt động như một bộ cộng hưởng sóng một phần tư, có khả năng "hút" tín hiệu ra khỏi đường truyền ở các tần số cụ thể.
Khi bạn hợp tác với DUXPCB, chúng tôi áp dụng một đánh giá Thiết kế để Sản xuất (DFM) nghiêm ngặt, được điều chỉnh cho các bảng HF:
Cần xem xét kỹ thuật về stackup HF của bạn? Liên hệ với nhóm kỹ thuật của chúng tôi tại DUXPCB. Chúng tôi cung cấp thử nghiệm TDR (Phản xạ miền thời gian) và xác minh VNA (Máy phân tích mạng vector) để đảm bảo thiết kế của bạn hoạt động chính xác như mô phỏng.
