Ti trovi di fronte a una crescente pressione per soddisfare le nuove esigenze di comunicazione wireless. I PCB ad alta frequenza stanno crescendo più velocemente dei PCB normali a causa dell'aumento delle reti 5G e delle nuove applicazioni IoT. Questi progetti ad alta frequenza utilizzano laminati PTFE e Rogers invece delle schede FR4 standard. Questi materiali riducono la perdita di segnale fino al 40% e migliorano la trasmissione dei dati. LT CIRCUIT è un partner fidato che offre soluzioni di produzione avanzate che aiutano a mantenere segnali forti e affidabili. Assicurano inoltre che tu rimanga conforme in questo campo delle comunicazioni wireless in rapida evoluzione.Punti chiave# Scegli materiali speciali come i laminati PTFE o Rogers. Questi aiutano a ridurre la perdita di segnale e a migliorare il funzionamento wireless.#
Controlla l'impedenza abbinando la larghezza e la spaziatura delle tracce. Questo mantiene i segnali forti e aiuta a prevenire errori.
Scegliere il substrato giusto aiuta il tuo PCB a funzionare bene nelle comunicazioni wireless. Ogni materiale ha i suoi vantaggi per i progetti ad alta frequenza. La tabella seguente elenca i materiali di substrato comuni e cosa li rende speciali:Utilizza metodi di produzione precisi come l'incisione avanzata e la foratura accurata. Questo aiuta a realizzare PCB ad alta frequenza che funzionano bene.
Scegliere il substrato giusto aiuta il tuo PCB a funzionare bene nelle comunicazioni wireless. Ogni materiale ha i suoi vantaggi per i progetti ad alta frequenza. La tabella seguente elenca i materiali di substrato comuni e cosa li rende speciali:Segui un rigoroso controllo di qualità e test, come gli standard EMC e FCC. Questo assicura che il tuo dispositivo funzioni correttamente e rispetti le regole.
Scegliere il substrato giusto aiuta il tuo PCB a funzionare bene nelle comunicazioni wireless. Ogni materiale ha i suoi vantaggi per i progetti ad alta frequenza. La tabella seguente elenca i materiali di substrato comuni e cosa li rende speciali:Gestisci il calore e la perdita di segnale con buoni progetti termici e materiali a bassa perdita. Questo mantiene il tuo PCB stabile e lo aiuta a durare più a lungo.
Scegliere il substrato giusto aiuta il tuo PCB a funzionare bene nelle comunicazioni wireless. Ogni materiale ha i suoi vantaggi per i progetti ad alta frequenza. La tabella seguente elenca i materiali di substrato comuni e cosa li rende speciali:Substrati
Scegliere il substrato giusto aiuta il tuo PCB a funzionare bene nelle comunicazioni wireless. Ogni materiale ha i suoi vantaggi per i progetti ad alta frequenza. La tabella seguente elenca i materiali di substrato comuni e cosa li rende speciali:Materiale del substrato
Caratteristiche e applicazioni chiave
PTFE (Politetrafluoroetilene)
Eccellenti proprietà dielettriche, bassa perdita di segnale e stabilità termica. Utilizzato in 5G, radar, aerospaziale e automobilistico.
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Riempito di ceramica
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Gestione termica migliorata e funzionamento ad alta frequenza. Utilizzato in aerospaziale, difesa e dispositivi medici.
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Resina idrocarburica
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Conveniente, buone prestazioni elettriche. Utilizzato in antenne, amplificatori di potenza e sistemi RFID.
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Rinforzato con vetro (FR-4)
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Resistenza meccanica, uso a frequenza moderata. Utilizzato in sistemi di telecomunicazioni e automobilistici.
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Compositi avanzati (poliimmide)
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Flessibilità e resistenza al calore. Utilizzato in elettronica indossabile e flessibile.
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Nota: Nel 2024, la regione Asia-Pacifico è il mercato principale per i substrati PCB ad alta frequenza, con oltre il 48% del mercato.
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Proprietà dielettriche
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Le proprietà dielettriche sono molto importanti per l'invio di segnali, soprattutto sopra i 10 GHz. Desideri materiali con basse costanti dielettriche (Dk) e bassi fattori di dissipazione (Df). Questi aiutano a mantenere i segnali forti e a ridurre le perdite. I materiali Rogers hanno valori Dk da 3,38 a 3,55 e Df fino a 0,002. I materiali Isola hanno un Dk e un Df leggermente superiori, quindi c'è un po' più di perdita di segnale, ma sono più facili da realizzare. I substrati a base di teflon hanno il Dk e il Df più bassi, quindi sono i migliori per usi ad altissima frequenza.
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Attributo del materiale
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Serie Rogers 4000Materiali PCB Isola FR408Costante dielettrica (Dk)
3.38 – 3.55
3.65 – 3.69Fattore di dissipazione (Df)0.002 – 0.0040.0094 – 0.0127Gli esperti affermano che dovresti utilizzare materiali con un Df inferiore a 0,005 a 10 GHz. Questo mantiene bassa la perdita di segnale e il calore, il che è molto importante per le comunicazioni wireless.
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Gestione termica
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I PCB ad alta frequenza diventano più caldi di quelli normali. Devi controllare questo calore per mantenere la tua scheda in buone condizioni di funzionamento. I PCB con nucleo metallico, come quelli con alluminio o rame, allontanano rapidamente il calore. Hanno conduttività termiche da 5 a 400 W/mK. Questo è molto meglio dell'FR4, che arriva solo fino a 0,4 W/mK. L'utilizzo di PCB con nucleo metallico aiuta a raffreddare rapidamente la tua scheda. Questo è importante per cose come router wireless, stazioni base e satelliti.
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Gli standard IPC-2221 aiutano a scegliere materiali con bassa costante dielettrica, alta conduttività termica, basso assorbimento di umidità e forte resistenza meccanica. Se segui questi standard, il tuo PCB funzionerà bene per le comunicazioni wireless ad alta frequenza.
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Progettazione
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Controllo dell'impedenza
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Avere la giusta impedenza è molto importante per le comunicazioni wireless ad alta frequenza. Devi assicurarti che le tracce del PCB corrispondano all'impedenza standard del sistema, che di solito è di 50 Ohm. Questo aiuta a fermare le riflessioni del segnale e la perdita di potenza. Se l'impedenza non corrisponde, i segnali possono rimbalzare. Questo causa squilli ed errori di dati. Questi problemi peggiorano quando la frequenza aumenta. Puoi fermare questi problemi utilizzando tracce a impedenza controllata. Assicurati che la sorgente, il ricevitore e le tracce abbiano tutti la stessa impedenza.
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Tolleranza di impedenza
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Area di applicazione
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Intervallo tipico / Note
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±1% a ±2%PCB RF e wireless ad alta frequenzaUtilizzato in 5G, comunicazioni satellitari, dispositivi medici
±5% a ±10%
Sistemi digitali e analogici standardEthernet, PCIe, USB±10%
Circuiti a bassa velocità o non criticiPCB digitali di base
Le regole del settore dicono che dovresti mantenere la tolleranza di impedenza tra ±1% e ±2% per le tracce PCB wireless ad alta frequenza. Questo stretto controllo mantiene i segnali forti e i sistemi funzionanti correttamente.
Se l'impedenza non corrisponde nelle tracce PCB ad alta frequenza, i segnali rimbalzano e si indeboliscono. Questo danneggia la qualità del segnale. Le parti e le tracce sono realizzate per una certa impedenza per evitare che ciò accada. Quando la frequenza aumenta, la perdita di inserzione peggiora molto se l'impedenza non corrisponde. L'abbinamento corretto dell'impedenza mantiene basse le riflessioni e la perdita di potenza. Questo aiuta a mantenere i segnali chiari nelle comunicazioni wireless.
Integrità del segnaleL'integrità del segnale significa mantenere i segnali forti e chiari mentre si muovono attraverso il PCB. I segnali ad alta frequenza possono avere problemi come diafonia, ritardo di trasmissione ed errori di temporizzazione dell'orologio. La diafonia si verifica quando i segnali su tracce vicine interferiscono tra loro. Puoi ridurre la diafonia rendendo le tracce più distanti. L'utilizzo della segnalazione differenziale e delle tracce di protezione aiuta anche.Spaziatura delle tracce (mil)Livello tipico di diafoniaAccoppiamento capacitivo
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Accoppiamento induttivo
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3
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Alto
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Grave
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Moderato
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5
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Moderato
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Alto
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Basso
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10
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Basso
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Moderato
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Minimo20Minimo
Basso
Minimo
Suggerimento: Rendi la spaziatura delle tracce almeno tre volte la larghezza della traccia per ridurre la diafonia e le interferenze.
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Il ritardo di trasmissione può causare errori di temporizzazione e rumore. Se le tracce non hanno la stessa lunghezza, i segnali arrivano in momenti diversi. Questo sconvolge la temporizzazione dell'orologio. Puoi risolvere questo problema abbinando le lunghezze delle tracce con schemi a serpentina. Cerca di utilizzare il minor numero possibile di vias. Posiziona i vias di transizione vicino ai vias di segnale quando i segnali cambiano piani di riferimento. Utilizza strumenti di simulazione per trovare e risolvere i problemi di integrità del segnale prima di realizzare la scheda.
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EMI/EMC
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Le interferenze elettromagnetiche (EMI) e la compatibilità elettromagnetica (EMC) sono grossi problemi nelle comunicazioni wireless. L'EMI può generare rumore e causare perdita di segnale. L'EMC assicura che il tuo PCB non interferisca con altri dispositivi. Puoi ridurre l'EMI e mantenere l'EMC seguendo questi suggerimenti di layout:
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1.
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Posiziona parti simili (analogiche e digitali) in gruppi separati per ridurre la diafonia.
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Mantieni l'impedenza controllata per i segnali importanti.
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Posiziona i condensatori di disaccoppiamento vicino ai pin di alimentazione per bloccare il rumore ad alta frequenza.
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Utilizza coppie differenziali per segnali veloci.
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Mantieni le tracce del segnale corte e dritte in modo che non agiscano come antenne.
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Utilizza coppie differenziali per segnali veloci.
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Mantieni l'impedenza controllata per i segnali importanti.
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Non dividere i piani di massa per fermare i loop EMI.
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Non utilizzare angoli acuti; utilizzare angoli o curve a 45 gradi.
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Non dividere i piani di massa per fermare i loop EMI.
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Utilizza coppie differenziali per segnali veloci.
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9.
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Posiziona piani di massa solidi sotto gli strati di segnale.
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9.
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Non dividere i piani di massa per fermare i loop EMI.
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9.
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Posiziona i vias di massa vicino ai pin delle parti.10. Copri le aree sensibili con schermature metalliche o versamenti di rame collegati a terra.
11. Rendi le aree dei loop nei percorsi di alimentazione e segnale il più piccole possibile.Nota: Mantieni le sezioni RF e digitali separate sul PCB per aiutare l'isolamento e ridurre l'EMI. Utilizza stack-up multistrato per fornire percorsi di ritorno a bassa impedenza e ridurre le emissioni elettromagnetiche.Integrazione dell'antennaL'integrazione dell'antenna è una parte molto importante della progettazione di PCB wireless ad alta frequenza. La forma, le dimensioni e il layout dell'antenna cambiano quanto bene il tuo dispositivo invia e riceve i segnali. Devi pensare a queste cose:
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Geometria dell'antenna: La forma e le dimensioni dell'antenna impostano come invia e riceve i segnali.l
Piano di massa: Un piano di massa solido e ben collegato riduce le perdite di radiazione e fornisce un riferimento stabile.
l Abbinamento dell'impedenza
: Abbina l'impedenza dell'antenna al circuito per fermare le riflessioni del segnale e le perdite. Utilizza reti di abbinamento o sintonizzazione a stub.l
Banda di frequenza: La frequenza di lavoro imposta le dimensioni dell'antenna. Utilizza equazioni di progettazione e strumenti di simulazione per migliorarne il funzionamento.
l Tipi di antenna
: Le antenne PCB comuni sono antenne monopole, patch, dipolo e loop. Ognuna è diversa.l
Test delle prestazioni: Controlla le prestazioni dell'antenna con misurazioni dei parametri S, test del diagramma di radiazione e test di abbinamento dell'impedenza.
Puoi utilizzare materiali come oro o argento per far funzionare meglio le antenne e fermare la ruggine. Le linee a guida d'onda planari e le linee a microstriscia aiutano a mantenere i segnali forti e i piani di massa a bassa impedenza. Le antenne a F invertita sono piccole e funzionano bene per Bluetooth, 5G e altre comunicazioni wireless. La progettazione e la realizzazione accurate sono molto importanti, soprattutto alle alte frequenze.Produzione
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