2025-07-15
Trong điện tử tần số cao, nơi tín hiệu chạy với tốc độ 10 GHz và cao hơn, thậm chí 1 dB mất có thể làm tê liệt hiệu suất.hoặc một máy thu vệ tinh có thể không truyền dữ liệu. Sự mất tín hiệu ở đây không chỉ là một sự phiền toái; nó là một điểm thất bại quan trọng. Tin tốt là? Với các vật liệu và lựa chọn thiết kế phù hợp, bạn có thể giảm mất tín hiệu lên đến 60%,đảm bảo PCB tần số cao của bạn hoạt động như dự địnhĐây là cách làm.
Tại sao mất tín hiệu xảy ra trong PCB tần số cao
Mất tín hiệu (thường được gọi là mất tích chèn) trong PCB tần số cao xuất phát từ ba thủ phạm chính.
a. Mất điện đệm: Năng lượng bị lãng phí dưới dạng nhiệt trong nền PCB, do hằng số điện đệm (Dk) và tiếp xúc mất mát (Df) của vật liệu. Df cao hơn = mất mát nhiều hơn, đặc biệt là trên 28 GHz.
b. Mất dẫn: Kháng kháng trong các dấu vết đồng, trở nên tồi tệ hơn do ảnh hưởng của da (những tín hiệu tần số cao di chuyển trên bề mặt dấu vết) và độ thô của bề mặt.
c. Mất bức xạ: Các tín hiệu "thác thải" từ các dấu vết do định tuyến kém, không kết nối đất đầy đủ hoặc chiều dài dấu vết quá dài.
Sự lựa chọn vật liệu: Nền tảng của hiệu suất giảm mất mát
Các chất nền PCB của bạn là tuyến phòng thủ đầu tiên chống lại mất tín hiệu.
| Vật liệu | Dk (60 GHz) | Df (60 GHz) | Mất điện đệm (dB/inch) | Mất dây dẫn (dB/inch) | Tổng mất mát (dB/inch) | Tốt nhất cho |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Tiêu chuẩn FR-4 | 4.4 | 0.025 | 8.2 | 3.1 | 11.3 | Thiết bị tiêu dùng < 10 GHz |
| Rogers RO4830 | 3.38 | 0.0027 | 1.9 | 2.8 | 4.7 | Phạm vi trung tâm 5G 24 ∼ 30 GHz |
| Isola Tachyon 100G | 3.0 | 0.0022 | 1.5 | 2.5 | 4.0 | Hệ thống sóng mm 50~60 GHz |
| PTFE (Dựa trên Teflon) | 2.1 | 0.0009 | 0.8 | 2.2 | 3.0 | Vệ tinh/microwave (> 70 GHz) |
Điểm quan trọng: PTFE và vật liệu Rogers giảm tổng tổn thất 65-73% so với FR-4 ở 60 GHz. Đối với hầu hết các thiết kế tần số cao, Rogers RO4830 cân bằng hiệu suất và chi phí.
Thiết kế các chiến lược để giảm thiểu mất tín hiệu
Ngay cả các vật liệu tốt nhất cũng không thể vượt qua thiết kế kém.
1. Giảm độ dài dấu vết
Các tín hiệu tần số cao bị suy giảm nhanh theo khoảng cách.
a.FR-4 mất ~11 dB (gần 90% cường độ tín hiệu).
b.PTFE mất ~ 3 dB (50% cường độ).
Sửa chữa: Chọn đường thẳng, tránh các đường cong không cần thiết. Sử dụng các mẫu "dogbone" cho các kết nối thành phần để giảm thiểu chiều dài mà không phải hy sinh khả năng hàn.
2. Kiểm soát trở ngại nghiêm ngặt
Sự không phù hợp của trở kháng (khi trở kháng theo dõi đi xa khỏi mục tiêu, ví dụ, 50 ohm) gây ra mất phản xạ ̊ tín hiệu bật trở lại thay vì đạt đến đích của chúng.
Làm thế nào để sửa chữa:
Sử dụng các công cụ mô phỏng (ví dụ, Ansys SIwave) để tính ra chiều rộng / khoảng cách dấu vết cho vật liệu của bạn (ví dụ, dấu vết 50 ohm trên Rogers RO4830 cần ~ 7 mm chiều rộng với khoảng cách 6 mm).
Thêm phiếu kiểm tra trở ngại vào bảng PCB của bạn để xác minh tính nhất quán sau sản xuất.
3. Tối ưu hóa mặt đất
Một mặt phẳng mặt đất rắn hoạt động như một "hình" cho các tín hiệu, làm giảm tổn thất bức xạ và ổn định trở ngại.
Thực hành tốt nhất:
a. Sử dụng một mặt phẳng liên tục ngay dưới dấu hiệu tín hiệu (không có vết chia hoặc khoảng trống).
b. Đối với PCB đa lớp, đặt mặt phẳng liền kề các lớp tín hiệu (loại biệt ≤0,02 inch đối với tần số cao).
4. Giảm Vias và Stubs
Vias (nổ nối các lớp) tạo ra sự gián đoạn trở ngại, đặc biệt là nếu chúng:
a. Quá lớn (trình đường kính > 10 mil cho thiết kế 50 ohm).
b. Không mạ hoặc mạ kém.
c. Được kèm theo stubs (không được sử dụng qua chiều dài ngoài điểm kết nối).
Sửa chữa: Sử dụng microvias (68 ml) với ′′back drilling′′ để loại bỏ các cục, cắt giảm 40% tổn thất liên quan đến đường truyền.
5. Dấu mịn đồng
Bề mặt đồng thô làm tăng sự mất điện dẫn lên đến 30% ở 60 GHz (do sức đề kháng khuếch đại hiệu ứng da).
a. Giải pháp: Xác định đồng (độ thô bề mặt < 0,5 μm) thay vì đồng tiêu chuẩn (1,5 ∼ 2,0 μm).
Kết quả thực tế: Một nghiên cứu trường hợp 5G
Một nhà sản xuất viễn thông đã chuyển từ FR-4 sang Rogers RO4830 cho các mô-đun 5G 28 GHz của họ và thực hiện các chiến lược thiết kế trên.
a. Mất tín hiệu giảm từ 8 dB xuống còn 3,2 dB trên 4 inch.
b. Độ tin cậy kết nối được cải thiện 45% trong các thử nghiệm thực địa.
c. Sản xuất nhiệt (từ mất điện đệm) giảm 28%, kéo dài tuổi thọ của thành phần.
Kết luận
Ngăn chặn mất tín hiệu trong PCB tần số cao đòi hỏi một cách tiếp cận hai mặt: chọn vật liệu Df thấp (như Rogers hoặc PTFE) và ghép chúng với các điều khiển thiết kế chặt chẽ (dấu vết ngắn,Khớp kháng cựĐối với hệ thống 5G, radar hoặc vệ tinh, sự kết hợp này không phải là tùy chọn mà là sự khác biệt giữa một sản phẩm hoạt động và một sản phẩm thất bại.
Bằng cách ưu tiên cả hiệu suất vật liệu và kỷ luật thiết kế, bạn sẽ đảm bảo PCB tần số cao của bạn cung cấp tốc độ, phạm vi và độ tin cậy mà ứng dụng của bạn yêu cầu.
Gửi yêu cầu của bạn trực tiếp đến chúng tôi
