หลักการออกแบบและการใช้งานแผงวงจรพิมพ์ความถี่สูง

เทคโนโลยีอย่างสมาร์ทโฟนและการสื่อสารทางดาวเทียมส่งข้อมูลได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำได้อย่างไร? แผ่นวงจรพิมพ์ความถี่สูง (PCBs) เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับระบบอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงในปัจจุบัน บทความนี้สำรวจบทบาทของ PCB ความถี่สูง โดยพิจารณาหลักการออกแบบ คุณสมบัติของวัสดุ และการใช้งานที่หลากหลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ

แผงวงจรพิมพ์ความถี่สูงคืออะไร

ในแก่นแท้แล้ว, แผงวงจรพิมพ์ความถี่สูงเป็นชนิดของแผงวงจรพิมพ์ที่ได้รับการออกแบบอย่างพิถีพิถันเพื่อส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงกิกะเฮิรตซ์ (GHz) โดยมีการสูญเสียสัญญาณน้อยที่สุด แผงเหล่านี้คือฮีโร่ที่ไม่ได้รับการยกย่องเบื้องหลังเทคโนโลยีหลายอย่างที่เราใช้ในชีวิตประจำวัน ตั้งแต่สมาร์ทโฟนของเราไปจนถึงระบบสื่อสารดาวเทียม

คำจำกัดความของ PCB ความถี่สูง

PCB ความถี่สูงถูกออกแบบมาเพื่อรองรับสัญญาณที่สั่นสะเทือนด้วยอัตราที่มักเกิน 500 MHz ซึ่งมักขยายเข้าสู่ช่วง GHz แผ่นวงจรเหล่านี้ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่ต้องการอัตราการไหลของสัญญาณความเร็วสูงและการควบคุมความต้านทานอย่างแม่นยำ คำว่า “PCB ความถี่สูง” และ “PCB ความเร็วสูง” มักใช้แทนกันในอุตสาหกรรม เนื่องจากหลักการที่ควบคุมความสมบูรณ์ของสัญญาณนั้นคล้ายคลึงกันอย่างน่าประหลาดใจในทั้งสองกรณี

ลักษณะของ PCB ความถี่สูง

อะไรที่ทำให้ PCB ความถี่สูงแตกต่างจาก PCB มาตรฐาน คำตอบอยู่ที่คุณสมบัติของวัสดุและการออกแบบที่เป็นเอกลักษณ์ แผ่นวงจรเหล่านี้มีลักษณะดังนี้:

ค่าความเป็นฉนวนต่ำ (Dk): PCB ความถี่สูงใช้วัสดุที่มี Dk ต่ำ ซึ่งช่วยลดความล่าช้าของสัญญาณและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวม
ค่าการสูญเสียต่ำ (Df): เรียกอีกอย่างว่าค่าแทนที่การสูญเสีย Df ต่ำเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการลดการลดทอนของสัญญาณและรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณในเส้นทางยาว
ความต้านทานควบคุมได้: PCB ความถี่สูงต้องการการควบคุมความต้านทานของเส้นทางอย่างแม่นยำเพื่อ ลดการสะท้อนและรักษาคุณภาพของสัญญาณ
การจัดการความร้อน: แผ่นวงจรเหล่านี้มักใช้เทคนิคการจัดการความร้อนขั้นสูงเพื่อระบายความร้อนที่เกิดจากส่วนประกอบความถี่สูง

ช่วงความถี่ของ PCB ความถี่สูง

ในขณะที่ช่วงความถี่ที่แน่นอนอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉพาะและวัสดุที่ใช้ PCB ความถี่สูงมักทำงานที่ความถี่เหนือ 500 MHz ในหลายกรณี แผงวงจรเหล่านี้ถูกออกแบบมาเพื่อรองรับสัญญาณในช่วง GHz โดยมีการใช้งานขั้นสูงบางอย่างผลักดันขอบเขตไปถึง 100 GHz หรือสูงกว่า

ความแตกต่างสำคัญจาก PCB มาตรฐาน

ความแตกต่างหลักระหว่าง PCB ความถี่สูงและบอร์ดมาตรฐานอยู่ที่วัสดุเฉพาะและการออกแบบที่ต้องคำนึงถึงเพื่อรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณในความถี่สูง วัสดุ PCB มาตรฐาน เช่น FR-4 ซึ่งเป็นที่นิยม อาจไม่เหมาะสำหรับการใช้งานความถี่สูงเนื่องจากค่าดีไฟเฟอเรนซ์และปัจจัยการสูญเสียที่สูงขึ้น PCB ความถี่สูงต้องการแนวทางที่ละเอียดอ่อนมากขึ้นในการเลือกวัสดุและการออกแบบเลย์เอาต์เพื่อช่วยลดการสูญเสียสัญญาณและรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณความเร็วสูง

วัสดุสำหรับการสร้าง PCB ความถี่สูง

การเลือกวัสดุที่เหมาะสมอาจเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการออกแบบและการผลิต PCB ความถี่สูง แต่ทำไมการเลือกวัสดุจึงสำคัญมาก และวิธีใดที่วิศวกรควรพิจารณาเมื่อเลือกวัสดุรองรับสำหรับบอร์ดเฉพาะเหล่านี้

คุณสมบัติของวัสดุสำคัญ

เมื่อประเมินวัสดุสำหรับการสร้าง PCB ความถี่สูง คุณสมบัติสำคัญหลายประการจะมีบทบาท:

ค่าดีไฟเฟอเรนซ์ (Dk): ค่าที่ต่ำกว่ามักจะเป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานความถี่สูง เนื่องจากช่วยลดความล่าช้าของสัญญาณและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวม วัสดุที่มีค่า Dk ตั้งแต่ 2.2 ถึง 4.5 มักใช้ใน PCB ความถี่สูง
ปัจจัยการสูญเสีย (Df): เรียกอีกอย่างว่าความเสียหายของเทนเจนต์ Df แสดงถึงการสูญเสียพลังงานในวัสดุ dielectric ค่าที่ต่ำกว่า Df เป็นที่ต้องการเพื่อช่วยลดการลดทอนของสัญญาณ วัสดุประสิทธิภาพสูงมักมีค่า Df ต่ำกว่า 0.005 ที่ความถี่ GHz
ความนำความร้อน: เนื่องจากวงจรความถี่สูงมักสร้างความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ วัสดุที่มีความนำความร้อนดีช่วยระบายความร้อนนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้การทำงานเป็นไปอย่างเชื่อถือได้
สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE): ควรจับคู่ CTE อย่างระมัดระวังระหว่างวัสดุต่าง ๆ ในการประกอบ PCB เพื่อป้องกันความเครียดทางกลและรับประกันความน่าเชื่อถือในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง
การดูดซึมน้ำ: ค่าการดูดซึมน้ำต่ำเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากความชื้นสามารถส่งผลต่อค่า Dk และ Df ของวัสดุอย่างมาก อาจเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพไฟฟ้าของบอร์ด

วัสดุ PCB ความถี่สูงที่พบได้ทั่วไป

วัสดุหลายชนิดกลายเป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการสร้าง PCB ความถี่สูง:

วัสดุของ Rogers Corporation:

RO4003C: มีค่า Dk เท่ากับ 3.38 และ Df เท่ากับ 0.0027 ที่ 10 GHz ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานสูงสุดถึง 40 GHz
RO4350B: มีค่า Dk เท่ากับ 3.48 และ Df เท่ากับ 0.0037 ที่ 10 GHz ให้เสถียรภาพไฟฟ้าและความร้อนที่ยอดเยี่ยม
RO3003: มีค่า Dk เท่ากับ 3.0 และ Df ต่ำมากที่ 0.0013 ที่ 10 GHz เหมาะสำหรับการใช้งานความถี่มิลลิเมตร

วัสดุ Taconic:

RF-35: ให้ Dk เท่ากับ 3.5 และ Df เท่ากับ 0.0018 ที่ 10 GHz เหมาะสำหรับการใช้งาน RF และไมโครเวฟในช่วงกว้าง
TLX: วัสดุที่ใช้ PTFE โดยมี Dk เท่ากับ 2.5 และ Df เท่ากับ 0.0019 ออกแบบสำหรับการใช้งานความถี่สูงและการสูญเสียต่ำ

วัสดุ Isola:

IS620: ให้ Dk เท่ากับ 4.5 และ Df เท่ากับ 0.0080 ที่ 10 GHz ให้สมดุลที่ดีระหว่างคุณสมบัติไฟฟ้าและความร้อน
Astra MT77: ออกแบบสำหรับการใช้งาน 5G และคลื่นมิลลิเมตร โดยมี Dk เท่ากับ 3.0 และ Df เท่ากับ 0.0017 ที่ 10 GHz

วัสดุที่ใช้ PTFE (Teflon):

ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการใช้งานความถี่สูง เนื่องจากคุณสมบัติไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม รวมถึง Dk และ Df ที่ต่ำมาก (โดยทั่วไปประมาณ 2.2)

FR-4 ที่ปรับปรุง:

ในขณะที่ FR-4 มาตรฐานโดยทั่วไปไม่เหมาะสำหรับการใช้งานความถี่สูง วัสดุ FR-4 ที่ออกแบบเป็นพิเศษสามารถใช้ในโครงสร้างผสมกับแผ่นนำความถี่สูงเพื่อเป็นทางเลือกที่คุ้มค่าในบางการใช้งาน

กระบวนการเลือกวัสดุ

การเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับ PCB ความถี่สูงเกี่ยวข้องกับการพิจารณาอย่างรอบคอบตามความต้องการเฉพาะของการใช้งาน รวมถึง:

ความถี่ในการทำงาน: ความถี่ที่สูงขึ้นโดยทั่วไปต้องการวัสดุที่มี Dk และ Df ต่ำกว่า
ความต้องการความสมบูรณ์ของสัญญาณ: การใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูงอาจต้องการวัสดุที่มีคุณสมบัติไฟฟ้าที่ดีกว่า
สภาพแวดล้อม: ต้องพิจารณาปัจจัยเช่น ช่วงอุณหภูมิและความชื้น
ข้อจำกัดด้านต้นทุน: วัสดุประสิทธิภาพสูงมักมีราคาสูง ดังนั้นนักออกแบบจึงต้องสมดุลความต้องการด้านประสิทธิภาพกับข้อจำกัดด้านงบประมาณ

เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทำงานร่วมกับผู้ผลิต PCB อย่างใกล้ชิดในกระบวนการเลือกวัสดุ เนื่องจากไม่ใช่ผู้ผลิตทุกรายอาจมีสต็อกหรือมีประสบการณ์ในการทำงานกับวัสดุความถี่สูงเป็นพิเศษ นักออกแบบควรปรึกษา datasheet ของวัสดุและใช้เครื่องมือจำลองแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อยืนยันประสิทธิภาพของวัสดุที่เลือกในแอปพลิเคชันที่ตั้งใจไว้

การใช้งานของ PCB ความถี่สูงในอุตสาหกรรมต่าง ๆ

ความหลากหลายและความสามารถด้านประสิทธิภาพของ PCB ความถี่สูงได้ทำให้พวกมันถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ อย่างกว้างขวาง แต่แท้จริงแล้วบอร์ดเหล่านี้กำลังปฏิวัติภาคส่วนต่าง ๆ อย่างไร?

โทรคมนาคม

อุตสาหกรรมโทรคมนาคมอาจได้รับประโยชน์มากที่สุดจากความก้าวหน้าในเทคโนโลยี PCB ความถี่สูง การใช้งานสำคัญบางอย่างได้แก่:

ระบบโทรคมนาคมเซลลูลาร์:

แอมพลิฟายเออร์กำลังสำหรับสถานีฐาน
เครือข่ายจ่ายสัญญาณเสาอากาศ
โมดูลประมวลผลสัญญาณ

โครงสร้างพื้นฐานไร้สาย 5G:

PCB ความถี่สูงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับรองรับอัตราข้อมูลสูงและความหน่วงต่ำที่สัญญาไว้โดยเครือข่าย 5G
โมดูล millimeter-wave (mmWave) สำหรับสถานีฐานเซลล์ขนาดเล็ก
แถวเสาอากาศแบบ beamforming

การสื่อสารผ่านดาวเทียม:

Transponders และตัวแปลงความถี่
แอมพลิฟายเออร์และฟิลเตอร์ความถี่สูง
อุปกรณ์สถานีภาคพื้นดิน

ลิงก์ไมโครเวฟจุดต่อจุดในช่วง E-band:

ใช้สำหรับการเชื่อมต่อแบบไร้สายความกว้างแบนด์สูงในเครือข่ายโทรคมนาคม

อวกาศและการป้องกันประเทศ

ภาคอวกาศและการป้องกันพึ่งพา PCB ความถี่สูงอย่างมากสำหรับงานที่สำคัญหลายด้าน:

ระบบเรดาร์:

การประมวลผลสัญญาณเรดาร์บนอากาศและพื้นดิน
เสาอากาศแถวเฟสสำหรับระบบเรดาร์ขั้นสูง

ระบบสงครามอิเล็กทรอนิกส์ (EW):

อุปกรณ์รบกวนสัญญาณและมาตรการต่อต้าน
ระบบสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ (ELINT) และมาตรการสนับสนุนอิเล็กทรอนิกส์ (ESM)

ระบบนำทางจรวด:

โมดูลนำทางและควบคุมความแม่นยำ
ระบบค้นหาและระบุเป้าหมาย

ระบบดาวเทียม:

ภารกิจการสื่อสาร
อุปกรณ์สังเกตการณ์โลกและการรับรู้ระยะไกล

ยานยนต์

อุตสาหกรรมยานยนต์กำลังนำ PCBs ความถี่สูงมาใช้มากขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากรถยนต์เชื่อมต่อและอิสระมากขึ้น:

ระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง (ADAS):

ระบบเรดาร์ยานยนต์สำหรับการควบคุมความเร็วอัตโนมัติ การหลีกเลี่ยงการชน และการตรวจจับจุดบอด
โมดูล LiDAR สำหรับการใช้งานขับเคลื่อนอัตโนมัติ

การสื่อสาร Vehicle-to-Everything (V2X):

ลิงก์ข้อมูลความเร็วสูงสำหรับการสื่อสารระหว่างรถกับรถและระหว่างรถกับโครงสร้างพื้นฐาน

ระบบความบันเทิง:

ระบบประมวลผลมัลติมีเดียและการแสดงผลความกว้างแบนด์วิธสูง

การแพทย์

PCBs ความถี่สูงมีบทบาทสำคัญในอุปกรณ์การแพทย์และอุปกรณ์วินิจฉัยสมัยใหม่:

อุปกรณ์ถ่ายภาพ:

ระบบ MRI: อินเทอร์เฟซ RF coil และโมดูลประมวลผลสัญญาณ
เครื่องเอกซเรย์ CT: วงจรการเก็บข้อมูลความเร็วสูงและการสร้างภาพ
เครื่องอัลตราซาวด์: อินเทอร์เฟซทรานสดิวเซอร์และอิเล็กทรอนิกส์การสร้างลำแสง

ระบบเฝ้าระวังผู้ป่วย:

การประมวลผลข้อมูลความเร็วสูงสำหรับการตรวจสอบสัญญาณชีพแบบเรียลไทม์
ระบบเทเลเมตรีไร้สายสำหรับการติดตามผู้ป่วยระยะไกล

การปลูกถ่ายทางการแพทย์:

การปลูกถ่ายโคเคลียร์พร้อมการประมวลผลสัญญาณความถี่สูง
อุปกรณ์กระตุ้นประสาทสำหรับการจัดการความเจ็บปวดและความผิดปกติทางระบบประสาท

การใช้งานอื่น ๆ

ความหลากหลายของ PCB ความถี่สูงยังครอบคลุมถึงสาขาอื่น ๆ อีกมากมาย:

อุปกรณ์ทดสอบและวัดผล:

ออสซิลโลสโคปและเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมความถี่สูง
เครื่องวิเคราะห์เครือข่ายสำหรับการวิเคราะห์คุณสมบัติของส่วนประกอบ RF และไมโครเวฟ

การประมวลผลความสามารถสูง:

แผงวงจรสำรองความเร็วสูงสำหรับศูนย์ข้อมูล
โซลูชันความสมบูรณ์ของสัญญาณสำหรับอินเทอร์เฟซหน่วยความจำความกว้างแบนด์วิธสูง

ระบบระบุด้วยคลื่นวิทยุ (RFID):

เครื่องอ่านและแท็ก RFID ความถี่สูงและความถี่อัลตร้าสูง

อุตสาหกรรมอัตโนมัติ:

อินเทอร์เฟซเซ็นเซอร์ความเร็วสูงและระบบการเก็บข้อมูล
เครือข่ายควบคุมและตรวจสอบแบบไร้สาย

การดำเนินกลยุทธ์การออกแบบที่มีประสิทธิภาพสำหรับ PCB ความถี่สูง

การออกแบบ PCB ความถี่สูงนำเสนอความท้าทายเฉพาะที่ต้องพิจารณาอย่างรอบคอบและเทคนิคเฉพาะทาง

การวางตำแหน่งและการจัดวางส่วนประกอบ

การวางตำแหน่งของส่วนประกอบบน PCB ความถี่สูงมีความสำคัญต่อการรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณและลดการรบกวน

การจัดกลุ่มส่วนประกอบ:

วางส่วนประกอบที่มีประเภทสัญญาณคล้ายกันไว้ด้วยกันเพื่อ ลดการรบกวนและทำให้การเดินสายง่ายขึ้น
แยกส่วนอนาล็อก ดิจิทัล และ RF ของบอร์ดเพื่อป้องกันการเชื่อมต่อที่ไม่ต้องการ

การวางตำแหน่งส่วนประกอบที่สำคัญ:

วางตัวสร้างนาฬิกาและตัวสั่นสะเทือนใกล้กับโหลดของพวกเขาเพื่อ ลดความยาวของเส้นทาง
วางตัวเก็บประจุข้ามทางใกล้กับขาไฟฟ้าของ IC ที่พวกเขาสนับสนุนให้มากที่สุด

ข้อพิจารณาด้านความร้อน:

กระจายส่วนประกอบที่สร้างความร้อนอย่างทั่วถึงบนบอร์ดเพื่อป้องกันจุดร้อน
พิจารณาการใช้ vias ความร้อนและแผ่นทองแดงเพื่อการระบายความร้อนที่ดีขึ้น

การเดินสายเส้นทาง

การวางเส้นทางสายกราวด์ที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณใน PCB ความถี่สูง:

ความต้านทานควบคุม:

ออกแบบเส้นทางด้วยความกว้างและระยะห่างเฉพาะเพื่อให้ได้ความต้านทานลักษณะเฉพาะ (โดยทั่วไป 50 หรือ 100 โอห์ม)
ใช้การกำหนดค่า microstrip หรือ stripline ตามความเหมาะสมกับความต้องการของการออกแบบ

ลดความยาวของเส้นทาง:

รักษาเส้นทางสัญญาณความถี่สูงให้สั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อ ลดการสูญเสียสัญญาณและความล่าช้าในการแพร่กระจาย
ใช้เส้นทางตรงที่สุดระหว่างส่วนประกอบ หลีกเลี่ยงการโค้งงอหรือเลี้ยวที่ไม่จำเป็น

หลีกเลี่ยงการโค้งงอที่แหลมคม:

ใช้การโค้งงอที่มีมุม 45 องศาหรือโค้งมนแทนการโค้งงอที่ 90 องศาเพื่อ ลดความไม่ต่อเนื่องของความต้านทาน
รักษารัศมีการโค้งงอขั้นต่ำอย่างน้อยสามเท่าของความกว้างเส้นทาง

การวางเส้นทางคู่ differential:

รักษาคู่ differential ให้แนบสนิทและความยาวเท่ากันเพื่อให้แน่ใจว่าการแพร่กระจายของสัญญาณเป็นไปอย่างถูกต้อง
ใช้เทคนิคการวางเส้นทางแบบสมมาตรเพื่อรักษาสมดุลเฟส

การต่อกราวด์และการป้องกัน:

การต่อกราวด์และการป้องกันที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการลด EMI และรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณ:

แผนผังพื้นดิน:

ใช้แผนผังพื้นดินที่เป็นของแข็งและต่อเนื่องเพื่อให้เส้นทางย้อนกลับของสัญญาณมีความต้านทานต่ำ
หลีกเลี่ยงการแยกแผนผังพื้นดินด้วยสัญญาณ เนื่องจากอาจสร้างความไม่ต่อเนื่องของเส้นทางย้อนกลับที่ไม่ต้องการ

การแยกพื้นดิน:

พิจารณาใช้แผนผังพื้นดินแยกสำหรับส่วนอนาล็อก ดิจิทัล และ RF แต่เชื่อมต่อกันที่จุดเดียวเพื่อหลีกเลี่ยงวงจรพื้นดิน
ใช้เทคนิคการต่อพื้นดินแบบดาวสำหรับวงจรอนาล็อกที่ไวต่อความเสียหาย

การป้องกัน:

ดำเนินการป้องกันในท้องถิ่นสำหรับส่วนประกอบที่ไวต่อความเสียหายหรือส่วนประกอบที่ปล่อยรังสีสูงเพื่อช่วยลด EMI
พิจารณาการใช้ via ป้องกันหรือ via รั้วรอบบริเวณส่วนที่ความถี่สูงของบอร์ด

การใช้ Via

การออกแบบและวางตำแหน่ง via อย่างถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญในเลย์เอาต์ PCB ความถี่สูง:

ลดจำนวน Via:

ลดจำนวน via ในเส้นทางสัญญาณความถี่สูง เนื่องจากอาจทำให้เกิดความไม่ต่อเนื่องของความต้านทานและเพิ่มการสูญเสียสัญญาณ
เมื่อจำเป็นต้องใช้ via ให้ใช้ via ขนาดเล็กหลายอันในแนวนอนเพื่อช่วยลดความเหนี่ยวนำ

การเย็บ via:

ใช้วิธีการเย็บรอบขอบของพื้นผิวและใกล้ส่วนประกอบความถี่สูงเพื่อปรับปรุงการกันรบกวนและลด EMI
ดำเนินการรั้วสายกราวด์ผ่านทางสายความถี่สูงที่อยู่ติดกันเพื่อขจัดการสื่อสารผิดพลาด

การออกแบบ Stackup

การจัดวาง Stackup ของ PCB มีบทบาทสำคัญในประสิทธิภาพความถี่สูง:

การจัดวางชั้น:

วางแผนการจัดวางชั้นอย่างรอบคอบเพื่อให้การกันรบกวนเพียงพอ ลดการสื่อสารผิดพลาด และบรรลุการควบคุมความต้านทานที่ต้องการ
พิจารณาใช้ vias ฝังและ vias บังเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการเดินสายสัญญาณและลดการเปลี่ยนชั้น

แผ่นอ้างอิง:

ใช้แผ่นพลังงานและกราวด์ที่กำหนดไว้เป็นแผ่นอ้างอิงสำหรับสัญญาณความถี่สูง
รักษาระยะใกล้ชิดของแผ่นอ้างอิงเพื่อขจัดพื้นที่ลูปและลด EMI

การจัดการความร้อน

การจัดการความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานของ PCB ความถี่สูงเป็นไปอย่างเชื่อถือได้:

vias ความร้อน:

ใช้แถวของ vias ความร้อนเพื่อถ่ายเทความร้อนจากส่วนประกอบไปยังแผ่นกราวด์ภายในหรือด้านตรงข้ามของบอร์ด

การกระจายทองแดง:

เพิ่มพื้นที่ทองแดงรอบๆ ส่วนประกอบที่สร้างความร้อนเพื่อปรับปรุงการระบายความร้อน
พิจารณาใช้แผ่นทองแดงที่หนาขึ้นบนแผ่นพลังงานและกราวด์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพความร้อน

การระบายความร้อนด้วยพลังงาน:

สำหรับการใช้งานที่มีกำลังสูง ควรพิจารณาการติดตั้งฮีทซิงค์หรือระบบระบายอากาศด้วยแรงลม

ความสมบูรณ์ของพลังงาน

การรักษาความสมบูรณ์ของพลังงานเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำงานที่ถูกต้องของวงจรความถี่สูง:

ตัวเก็บประจุแยก:

วางตัวเก็บประจุแยกใกล้กับขั้วพลังงานของส่วนประกอบความถี่สูงเพื่อให้แหล่งพลังงานในท้องถิ่นและลดเสียงรบกวนของแหล่งจ่ายไฟ
ใช้การผสมผสานของตัวเก็บประจุแยกความถี่สูงและตัวเก็บประจุแบบบิ๊กเพื่อรองรับช่วงความถี่ของเสียงรบกวนที่กว้าง

การออกแบบเครือข่ายแจกจ่ายพลังงาน (PDN):

ออกแบบ PDN ที่มีความต้านทานต่ำเพื่อให้แน่ใจว่าการส่งมอบพลังงานที่เสถียรแก่ส่วนประกอบทั้งหมด
ใช้แผ่นพลังงานและสายกว้างสำหรับการแจกจ่ายพลังงานเพื่อลดแรงดันตกและความเหนี่ยวนำ

การจำลองและการตรวจสอบ

การใช้เครื่องมือจำลองเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปรับปรุงการออกแบบ PCB ความถี่สูง:

ตัวแก้สมการสนามแม่เหล็กไฟฟ้า:

ใช้ตัวแก้สมการสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อจำลองประสิทธิภาพของการวางผัง PCB และระบุปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณก่อนการผลิต
วิเคราะห์ปัจจัยต่าง ๆ เช่น การคุยข้าม, การแผ่รังสี, และการเรโซแนนซ์ในโครงสร้าง PCB

การวิเคราะห์ความสมบูรณ์ของสัญญาณ:

ดำเนินการจำลองในโดเมนเวลาและโดเมนความถี่เพื่อยืนยันคุณภาพและจังหวะของสัญญาณ
ใช้การวิเคราะห์ไดอะแกรมสายตาเพื่อประเมินความสมบูรณ์ของสัญญาณโดยรวมของอินเทอร์เฟซความเร็วสูง

การคำนวณความต้านทาน:

ตรวจสอบความต้านทานของสายสำคัญโดยใช้ตัวแก้ปัญหาฟิลด์หรือเครื่องคิดความต้านทาน
ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการควบคุมความต้านทานได้รับการรักษาไว้ตลอดเส้นทางสัญญาณ รวมถึงการเปลี่ยนผ่านระหว่างชั้น

หลักการและการใช้งานของการออกแบบ PCB ความถี่สูง

สารบัญ