Как высокочастотные приложения, такие как 5G, влияют на целостность сигнала?
2022-02-09
Место 5G в электромагнитном спектре
В этой статье давайте рассмотрим влияние более высоких частот на целостность сигнала печатной платы и способы решения этих проблем.
Почему частоты 5G вредны для целостности сигнала?
При проектировании печатных плат увеличение частоты может иметь множество негативных последствий для целостности сигнала, особенно увеличение шума и затухания.
шум
Первое, что следует учитывать в отношении шума, это то, что по мере увеличения частоты системы отражения сигнала становятся все более важными. Согласно теории линий передачи, отражение напрямую связано с отношением длины линии передачи к длине волны сигнала.
отражение сигнала
Мы также знаем, что длина волны сигнала уменьшается с увеличением частоты (λ=v/f).
Поэтому, поскольку 5G обеспечивает более высокие частоты, разработчики должны также учитывать эффекты отражения сигнала.
Например, звон или другие искажения, которые могут вызвать больший шум в системе и эффективно снизить отношение сигнал/шум.
Емкостная и индуктивная связь
Более того, поскольку емкость и индуктивность связаны со скоростью изменения напряжения и тока соответственно, эффекты емкостной и индуктивной связи становятся более значимыми. Это также создает шум и искажения, что снижает SNR.
Затухание и скин-эффект
Что касается затухания, важным фактором является так называемый скин-эффект. По сути, это показывает, что с увеличением частоты сигнала глубина проникновения сигнала внутри проводника уменьшается.
скин-эффект
Важным следствием скин-эффекта является то, что, когда более высокие частоты проходят через меньшую площадь, они сталкиваются с большим сопротивлением и вызывают большие ИК-потери. Эта потеря также снижает SNR.
Способы улучшения отношения сигнал/шум в проектах 5G
В высокоскоростных конструкциях на целостность сигнала влияет множество факторов. Итак, что же могут сделать разработчики печатных плат 5G?
Сопротивление платы управления
Важным шагом в уменьшении отражений и затухания сигнала является контроль импеданса платы. Наличие правильно заделанных линий и хорошо спроектированной сети согласования импеданса имеет решающее значение для предотвращения отражения сигнала и подачи максимальной мощности на печатный блок.
Фокус на импедансе в производстве: mSAP
Проблемы контроля импеданса также можно решить при производстве печатных плат.
Традиционные процессы производства печатных плат имеют тот недостаток, что создают следы трапециевидного сечения. Эти поперечные сечения изменяют импеданс самих дорожек, серьезно ограничивая приложения 5G.
Одним из решений является использование технологии mSAP (процесс полуаддитивного производства), которая позволяет производителям создавать трассировки с большей точностью. Управление геометрией линий также может помочь смягчить скин-эффект и вызванную им потерю мощности сигнала.
Размещение компонентов и трассировок
При смягчении таких эффектов, как соединение, наиболее важным является разумное размещение компонентов и дорожек относительно друг друга и заземления.
Например, полезным решением может быть многослойная печатная плата с заглубленными плоскостями заземления и питания.
Размещение чувствительных проводов близко к плоскости заземления обеспечивает емкостную связь с землей (в отличие от других проводов) и обеспечивает обратный путь с низкой индуктивностью для высокоскоростных сигналов.
Дополнительные соображения по проектированию 5G
Хотя в этой статье не рассматривается исчерпывающий список всех проблем или решений, мы рассматриваем некоторые общие проблемы с целостностью сигнала на частотах 5G и возможные проектные решения для их решения.
Очевидно, что 5G создаст проблемы с целостностью сигнала для инженеров печатных плат, поскольку как частотно-зависимые эффекты шума, так и затухание ухудшают соотношение сигнал/шум.
Некоторые факторы, не рассмотренные в этой статье, такие как выбор диэлектрика и материалов подложки, не менее важны для успешного проектирования 5G.
Анализатор спектра, ты правда умеешь им пользоваться?
Анализ тенденций развития RF front-end
Связанная статья
Компания ZD разработала сверхширокополосный модуль усилителя мощности мощностью 100 Вт на частотах 700-6000 МГц!
Развитие полосы пропускания и технологии модулей усилителя мощности ZD
Разработка модуля усилителя мощности ZD
Антенны являются неотъемлемой частью систем радиосвязи. Хотя различные типы радиооборудования имеют разные задачи, функции антенн в основном одинаковы. Один из них — излучать и принимать электромагнитные волны; другой — преобразование энергии, преобразование высокочастотного колебательного тока передатчика в высокочастотные электромагнитные волны для излучения и наоборот при приеме. Чем выше коэффициент усиления антенны, тем выше эффективность преобразования.
Некоторые мелочи об антеннах