1. Utangulizi
1.1 Mapinduzi ya 5G na Changamoto za PCB
Uzinduzi wa kimataifa wa teknolojia isiyotumia waya ya 5G unawakilisha mabadiliko muhimu zaidi katika miundombinu ya mawasiliano ya simu tangu kuibuka kwa 4G LTE. Inafanya kazi katika masafa mawili tofauti ya bendi za masafa chini ya 6 GHz kwa ajili ya kufikiwa kwa upana na masafa ya milimita (mmWave) kuanzia 24 hadi 77 GHz kwa masafa ya juu sana.
Usambazaji wa data wa kasi Mitandao ya 5G inahitaji usahihi usio na kifani katika muundo wa bodi ya saketi iliyochapishwa (PCB). Tofauti na matumizi ya kawaida ya PCB, mifumo ya 5G lazima ishughulikie masafa ya mawimbi ambapo hata kasoro ndogo za muundo zinaweza kusababisha uharibifu mkubwa wa utendaji.
Kulingana na uchambuzi wa sekta, soko la miundombinu ya 5G duniani linatarajiwa kuzidi dola bilioni 47.7 ifikapo mwaka 2027, na kusababisha mahitaji makubwa ya suluhisho za PCB zenye utendaji wa hali ya juu. Ukuaji huu unaleta fursa na changamoto kwa wabunifu wa PCB ambao lazima wajue uhusiano tata kati ya sifa za nyenzo, usanidi wa safu, na tabia ya mawimbi katika masafa ya redio. Mpito kutoka 4G hadi 5G si tu uboreshaji wa hatua kwa hatua, unahitaji kufikiria upya usanifu wa PCB.
Mchoro 1 - wigo wa masafa yenye bendi za chini ya 6 GHz na mmWave zilizoangaziwa
1.2 Jukumu Muhimu la Ubunifu wa Stack-Up katika Utendaji wa 5G
PCB hukusanya mpangilio uliopangwa kwa uangalifu wa tabaka za shaba, vifaa vya dielektri, na sehemu ndogo za msingi hutumika kama msingi ambao uadilifu wote wa mawimbi ya 5G unategemea. Katika masafa ya mmWave, nishati ya sumakuumeme hufanya kazi kulingana na kanuni ambazo zinaonekana kuwa kinyume na wabunifu waliozoea matumizi ya masafa ya chini. Mawimbi ya mawimbi hupungua hadi kiwango cha milimita, na kufanya
Vipengele kama vile kupitia vijiti na mikwaruzo ya kufuatilia ambayo haikuwa muhimu katika 1 GHz huwa vyanzo vikuu vya uakisi na upotevu wa mawimbi katika 28 GHz.
Mkusanyiko wa PCB wa 5G ulioundwa vizuri lazima ushughulikie mahitaji mengi yanayoshindana kwa wakati mmoja: kizuizi kinachodhibitiwa ili kuzuia tafakari za ishara, upotevu mdogo wa uingizaji ili kuhifadhi nguvu ya ishara, kinga madhubuti ya kuingiliwa kwa umeme (EMI) ili kuzuia mazungumzo kati ya saketi, na usimamizi thabiti wa joto ili kuondoa joto kutoka kwa vipaza sauti vya RF vinavyotumia nguvu nyingi. Usanidi wa mkusanyiko huathiri moja kwa moja kila moja ya vigezo hivi, na kuifanya kuwa uamuzi muhimu zaidi katika mchakato mzima wa muundo wa PCB wa 5G.
2. Kuelewa Mahitaji ya 5G PCB
2.1 Spektramu ya Masafa ya 5G na Sifa za Ishara
Bendi za GHz za Chini ya 6: Msingi wa Ufikiaji Mkubwa
Wigo wa GHz ndogo ya 6, unaojumuisha masafa kutoka 600 MHz hadi 6 GHz, unawakilisha uti wa mgongo wa chanjo ya 5G. Masafa haya ya chini hutoa sifa za uenezaji zinazohitajika kwa utumaji wa mtandao wa eneo pana, na kutoa upenyezaji bora wa jengo na masafa marefu ikilinganishwa na mmWave. Kutoka kwa mtazamo wa muundo wa PCB, ishara ndogo ya GHz ndogo ya 6 zinawasilisha changamoto za wastani zenye ulazima zaidi kuliko 4G LTE lakini si kali sana kuliko matumizi ya mmWave.
Bendi za mmWave (24-77 GHz): Mahitaji ya Usahihi wa Hali ya Juu Wimbi la milimita 5G, linalofanya kazi hasa katika bendi za 24 GHz, 28 GHz, 39 GHz, na 77 GHz, linasukuma teknolojia ya PCB hadi kikomo chake. Katika 28 GHz, urefu wa wimbi katika laminate ya kawaida ya Rogers RO4350B (Dk = 3.48) hupima milimita 5.7 pekee. Hii ina maana kwamba robo ya urefu wa wimbi na urefu muhimu wa resonant huenea milimita 1.4 pekee. Via vya kawaida vilivyofunikwa na mashimo, ambavyo mara kwa mara huacha vijiti vya milimita 2-3, huwa vioo vikali vya vimelea ambavyo vinaweza kuharibu kabisa uadilifu wa mawimbi.
Mchoro 2 - Ulinganisho wa kina wa urefu wa wimbi unaoonyesha vipimo vya kimwili
2.2 Vigezo Muhimu vya Umeme kwa Mifuko ya 5G
Vigezo kadhaa vya umeme hudhibiti utendaji wa PCB ya 5G, kila kimoja kikihitaji kuzingatiwa kwa makini wakati wa muundo wa mrundikano. Kigezo cha dielectric (Dk au εr) huamua kasi ya uenezaji wa mawimbi na thamani za impedansi zinazodhibitiwa. Kwa matumizi ya 5G, uthabiti wa Dk katika masafa na halijoto ni muhimu sana. Nyenzo ambayo Dk inatofautiana kwa 5% juu ya halijoto itasababisha tofauti za impedansi zinazozalisha tafakari na kuharibu uadilifu wa mawimbi katika saketi za usahihi wa RF.
Kipengele cha utawanyiko (Df), ambacho pia huitwa tangent ya upotevu (tan δ), hupima upotevu wa dielektri. FR-4 ya kawaida inaonyesha thamani za Df za 0.015-0.020 kwa 10 GHz, huku vifaa vya utendaji wa juu kama Rogers RO3003 vikifikia 0.0010 kwa masafa sawa na uboreshaji wa mara 15-20.
Uvumilivu wa udhibiti wa impedansi huimarika sana kwa programu za 5G. Ingawa uvumilivu wa impedansi wa ±10% unaweza kutosha kwa programu nyingi, saketi za RF za 5G kwa kawaida huhitaji ±5% au udhibiti mkali zaidi.
| Material | Dielektri Daima (Dk) | itawaangamiza Factor (Df) | Maombi Bora |
| FR-4 Kawaida | 4.2-4.5 @ 1GHz | 0.015-0.020 | Dijitali, chini ya 6 GHz si muhimu |
| Rogers RO4350B | 3.48 @ 10GHz | 0.0037 | RF ya Sub-6 GHz, mmWave yenye gharama nafuu |
| Rogers RO3003 | 3.00 @ 10GHz | 0.0010 | Mimea yenye utendaji wa hali ya juu, vituo vya msingi |
| RT/duroid 5880 | 2.20 @ 10GHz | 0.0009 | Hasara ya kiwango cha chini sana >20 GHz, safu zilizopangwa kwa awamu |
Jedwali la 1: Ulinganisho wa nyenzo za laminate zenye masafa ya juu kwa matumizi ya PCB ya 5G
2.3 Mahitaji ya Kimwili na Joto
PCB za 5G kwa kawaida huhitaji tabaka 10-16 za shaba ili kukidhi mahitaji ya uelekezaji mnene wa vipitishi vya kisasa vya RF, vichakataji vya besibendi, saketi za usimamizi wa nguvu, na violesura vya kidijitali vinavyohusiana. Teknolojia ya muunganisho wa msongamano wa juu (HDI) inayojumuisha microvia ndogo kama kipenyo cha milimita 0.1, vipitishi visivyoonekana na vilivyozikwa, na uelekezaji wa safu yoyote unakuwa muhimu kwa kufikia msongamano wa vipengele ambao ujumuishaji wa mfumo wa 5G unahitaji huku ukidumisha njia za ishara za impedansi zinazodhibitiwa.
Usimamizi wa joto huleta changamoto kubwa katika miundo ya 5G. Vikuzaji nguvu katika matumizi ya kituo cha msingi vinaweza kutoa wati 50-100, na kutoa maeneo yenye joto ya ndani ambayo hufikia 85-100°C wakati wa operesheni. Sehemu ndogo ya PCB lazima iwe na upitishaji wa joto wa kutosha (≥1.5 W/m·K) ili kusambaza joto hili katika eneo la ubao na kulihamisha kwenye sinki za joto au mifumo ya usimamizi wa joto. Upinzani wa joto la juu, unaopimwa kama Kielelezo cha Joto la Uhusiano (RTI) cha ≥150°C, huhakikisha uthabiti wa nyenzo chini ya hali endelevu za uendeshaji.
Uvumilivu wa utengenezaji huimarika sana kwa PCB za 5G. Usahihi wa usajili usahihi wa mpangilio kati ya tabaka za shaba lazima ufikie ±75 μm (±3 mils) au bora zaidi kwa matumizi ya mmWave, ikilinganishwa na ±150 μm kwa miundo ya kawaida.
3. Uteuzi wa Nyenzo kwa Mikusanyiko ya 5G
3.1 Vifaa vya Laminate ya Mzunguko wa Juu
Nyenzo za Rogers: Kiwango cha Sekta kwa Utendaji wa RF
Laminati za masafa ya juu za Rogers Corporation zimekuwa kiwango halisi cha matumizi ya PCB ya 5G, zikitoa sifa za dielectric zilizoundwa kwa uangalifu ambazo zinabaki thabiti katika masafa mapana na viwango vya halijoto. Mfululizo wa RO4000, haswa RO4350B, una usawa bora kati ya utendaji wa RF na utengenezaji. Kwa kigezo cha dielectric cha 3.48 ± 0.05 na kipengele cha utakaso cha 0.0037 kwa 10 GHz, RO4350B hutoa udhibiti wa impedansi unaoweza kutabirika huku ikitumia mbinu za kawaida za usindikaji wa FR-4 ambazo hazihitajiki kupitia matibabu au vigezo vya kuchimba vilivyorekebishwa.
Kwa programu zinazohitaji hasara ndogo zaidi, mfululizo wa RO3000 hutoa utendaji wa kipekee. RO3003, ikiwa na muundo wake wa PTFE uliojazwa kauri, inafikia sifa za Df za 0.0010 na Dk za 3.00 ambazo zinabaki thabiti kuanzia 10 MHz hadi 40 GHz. Nyenzo hii inafanikiwa katika miundo ya amplifier ya nguvu ya kituo cha msingi na matumizi mengine ambapo kila kumi ya dB ya hasara ya kuingiza huathiri utendaji wa mfumo. Makubaliano hayo yanakuja katika gharama kubwa za nyenzo (kawaida RO4350B 3-5x) na mahitaji ya utengenezaji yanayohitaji nguvu zaidi.
Mchoro 3 - Mwonekano wa sehemu mtambuka wa ujenzi wa laminate wa Rogers RO4350B unaoonyesha foili ya shaba, mfumo wa resini, na uimarishaji wa kioo
3.2 FR-4 katika Matumizi ya 5G: Kuelewa Mapungufu
FR-4 ya kawaida inabaki kuwa muhimu kwa sehemu maalum za miundo ya 5G, haswa sehemu za usindikaji wa mawimbi ya kidijitali, mitandao ya usambazaji wa umeme, na matumizi ya chini ya 6 GHz ambapo mahitaji ya utendaji wa RF ni madogo. FR-4 ya kisasa ya ubora wa juu kutoka kwa watengenezaji kama Shengyi, Panasonic, na ITEQ inaweza kufikia thamani za Df za 0.012-0.015 kwa 5 GHz inapotumia mifumo sahihi ya resini na viimarishaji vya glasi.
Inakubalika kwa njia nyingi za mawimbi ya chini ya 6 GHz.
Hata hivyo, mapungufu ya FR-4 huonekana wazi katika masafa ya juu zaidi. Dk ya nyenzo kwa kawaida hutofautiana kwa ± 10% katika kiwango cha halijoto ya uendeshaji (-40°C hadi + 85°C), ikilinganishwa na ± 2% kwa laminate zenye masafa ya juu. Tofauti hii hutafsiriwa katika mabadiliko ya impedansi ambayo yanaweza kusababisha makosa ya biti yanayosababishwa na kuakisi katika violesura vya dijitali vya kasi ya juu na kuharibu utendaji wa mfumo wa RF. Zaidi ya hayo, uimarishaji wa glasi wa FR-4 huunda tofauti za ndani katika Dk yenye ufanisi 'athari ya kusuka nyuzi' ambayo inakuwa tatizo kwa athari zinazoendeshwa kwa pembe oblique hadi muundo wa nyuzi za glasi.
3.3 Mikakati Mseto ya Kukusanya: Kuboresha Utendaji na Gharama
Mirundiko mseto inayochanganya laminate zenye masafa ya juu na FR-4 hutoa mbinu bora ya kusawazisha utendaji na gharama katika miundo tata ya 5G. Mkakati mkuu huweka vifaa vya gharama kubwa vya hasara ya chini tu pale ambapo ishara za RF husafiri, huku ukitumia FR-4 ya bei nafuu kwa tabaka za ndani zinazobeba ishara za kidijitali, usambazaji wa nguvu, na usaidizi wa kiufundi. Mrundiko wa kawaida mseto unaweza kutumia Rogers RO4350B kwa tabaka mbili za nje (L1 na L12 katika muundo wa tabaka 12) ambapo mistari ya upitishaji wa mikrostrip ya RF hukaa, huku viini vya FR-4 vikijumuisha tabaka za ndani.
Mchoro 4 - Mchoro wa sehemu mtambuka wa safu mseto 12 unaoonyesha tabaka za nje za Rogers RO4350B kwa mawimbi ya RF
4. Mikakati ya Usanidi wa Tabaka kwa 5G
4.1 Kanuni za Msingi za Kukusanya
Kabla ya kuzama katika usanidi maalum wa safu, kanuni kadhaa za msingi hutawala miundo yote ya kitaalamu ya upangaji wa PCB ya 5G. Ulinganifu unachukuliwa kuwa jambo muhimu zaidi kuzingatia katika utengenezaji: upangaji lazima uwe sawa kuzunguka mstari wa kati wa bodi ili kuzuia kuharibika wakati wa lamination na mzunguko wa joto. Hii ina maana ya kulinganisha uzito wa shaba, unene wa msingi, na hesabu za maandalizi pande tofauti za ndege ya katikati. Ubao ambao ni mzito kama shaba upande mmoja utainama kama chip ya viazi baada ya kuunganishwa tena kwa solder na matokeo yasiyokubalika kwa mikusanyiko ya usahihi wa RF.
Ukaribu wa ndege ya marejeleo ni muhimu vile vile: kila safu ya mawimbi inapaswa kuwa na ndege ya ardhi au ya umeme isiyokatizwa karibu nayo. Hii hutoa njia ya kurudi kwa inductance ya chini ambayo mawimbi ya masafa ya juu yanahitaji huku ikilinda safu ya mawimbi kutokana na kuingiliwa.
Uoanishaji wa tabaka unahusisha kupanga tabaka za ishara kwa mujibu wa utendaji kazi na mahitaji ya umeme. Jozi tofauti za kasi ya juu zinapaswa kupitia safu moja, huku ulinganisho wa urefu ukipatikana kupitia uelekezaji wa nyoka badala ya kugawanya jozi katika tabaka. Tabaka za ishara za RF kwa kawaida huchukua tabaka za nje ambapo zinaweza kutekelezwa kama mistari ya upitishaji wa mikrostrip, na kutoa ufikiaji rahisi wa kurekebisha na kurekebisha.
4.2 Mkusanyiko wa Tabaka 8: Sehemu ya Kuingia kwa Miundo ya 5G
Mkusanyiko wa tabaka 8 unawakilisha idadi ya chini kabisa ya tabaka zinazofaa kwa matumizi ya msingi ya 5G kama vile vifaa vya IoT, redio ndogo za simu, au moduli rahisi za RF za chini ya 6 GHz. Ingawa ni chache ikilinganishwa na hesabu za tabaka za juu, muundo wa tabaka 8 ulioundwa vizuri unaweza kusaidia miundo tata ya kiasi kwa nidhamu ya uelekezaji makini na uwekaji wa vipengele.
Usanidi Unaopendekezwa wa Tabaka 8:
∙ Tabaka la 1: Ishara ya RF na Kasi ya Juu Muhimu (kidogo, 50Ω)
∙ Safu ya 2: Ndege ya Ardhini (njia kuu ya kurudi kwa RF)
∙ Tabaka la 3: Ishara za Dijitali za Kasi ya Juu (mstari wa mstari, tofauti ya 50Ω au 100Ω) ∙ Tabaka la 4: Ndege ya Umeme (+3.3V, mgawanyiko wa +1.8V)
∙ Safu ya 5: Ndege ya Nguvu (inayoakisiwa: +3.3V, mgawanyiko wa +1.8V)
∙ Tabaka la 6: Ishara za Dijitali za Kasi ya Juu (mstari wa mstari, unaoelekea kwenye mstari wa L3)
∙ Safu ya 7: Ndege ya Ardhi (njia ya pili ya kurudi)
∙ Tabaka la 8: Ishara ya RF na Kasi ya Juu Muhimu (kidogo, 50Ω)
Usanidi huu hutoa ulinganifu (vioo vya L1-L2-L3-L4 L8-L7-L6-L5), huhakikisha kila safu ya mawimbi ina sehemu ya marejeleo iliyo karibu, na huweka sehemu za umeme katikati ambapo uwezo wao unatumika vyema katika utenganishaji. Unene wa kawaida wa dielektriki unaweza kuwa: L1-L2 = 6 mils (RO4350B kwa RF), L2-L3 = 8 mils (kiini), L3-L4 = 14 mils (prepreg), L4-L5 = 20 mils (kiini), zilizoakisiwa kwa ulinganifu kwa L8.
4.3 Mkusanyiko wa Tabaka 12: Programu za Kina za 5G
Kwa moduli za vituo vya msingi vya mifumo ya 5G, safu kubwa za antena za MIMO, au simu mahiri za hali ya juu, mkusanyiko wa safu 12 hutoa msongamano wa uelekezaji na utendaji wa uadilifu wa mawimbi unaohitajika kwa matokeo bora. Tabaka za ziada huwezesha
kutengwa kabisa kwa sehemu za RF, dijitali, na nguvu huku ikitoa ndege nyingi za ardhini kwa ajili ya ulinzi bora.
Usanidi wa Tabaka 12 Ulioboreshwa kwa mmWave:
∙ Tabaka la 1: Ishara ya RF Tabaka la A (milisho ya antena ya mmWave, ukanda mdogo wa 50Ω) ∙ Tabaka la 2: Ndege ya Ardhini A (kurudishwa kwa RF ya msingi, 1 oz Cu)
∙ Tabaka la 3: Ishara ya RF Tabaka B (njia za sekondari za RF, mstari wa mstari 50Ω)
∙ Tabaka la 4: Ndege ya Ardhi B (kutengwa na kurudi kwa RF, 1 wakia Cu)
∙ Safu ya 5: Ndege ya Umeme A (Nguvu ya RF: +5V PA ugavi, 2 oz Cu)
∙ Tabaka la 6: Dijitali ya Kasi ya Juu (SerDes, DDR, mstari wa PCIe)
∙ Tabaka la 7: Dijitali ya Kasi ya Juu (njia ya kuelekeza hadi L6)
∙ Tabaka la 8: Ndege ya Umeme B (Nguvu ya dijitali: +3.3V, +1.8V, +1.2V imegawanyika, 2 oz Cu) ∙ Tabaka la 9: Ndege ya Ardhi C (kurudishwa na kuegemea kwa dijitali, 1 oz Cu)
∙ Tabaka la 10: Ishara na Uelekezaji wa Kasi ya Chini (udhibiti, I2C, SPI)
∙ Tabaka la 11: Ndege ya Ardhini D (safu ya mwisho ya kinga, 1 wakia Cu)
∙ Tabaka la 12: Safu ya Ishara ya RF Tabaka C (RF ya pili, uwekaji wa vipengele, ukanda mdogo wa 50Ω) Usanidi huu wa SGSGPSSPGSGS hutoa utendaji wa kipekee: ndege nne tofauti za ardhini huunda vizuizi vingi vya kinga, tabaka za RF zimetengwa kabisa kutokana na kelele ya ubadilishaji wa dijiti, na uelekezaji wa RF wa mstari wa mstari kwenye L3 hutoa kinga bora kwa njia nyeti. Mkusanyiko hudumisha ulinganifu kuhusu ndege ya katikati ya L6-L7.
Mchoro 5 - Sehemu ya kina ya mkusanyiko wa PCB wa tabaka 12 wa 5G inayoonyesha unene wa tabaka, uzito wa shaba, na ishara/ndege
5. Mbinu za Kutuliza kwa PCB za 5G
5.1 Misingi ya Msingi kwa Ubunifu wa Masafa ya Juu
Katika masafa ya juu, ardhi si tu sehemu ya marejeleo ya volti sifuri bali ni muundo tata wa sumakuumeme ambao tabia yake hutawala utendaji wa uadilifu wa mawimbi. Kanuni ya msingi: mikondo ya kurudi kwa masafa ya juu hutiririka moja kwa moja chini ya athari zao za mawimbi zinazohusiana, ikifuata njia ya impedansi ya chini kabisa. Njia hii haitegemei upinzani wa DC bali mikondo ya kurudi kwa inductance ambayo kwa kawaida hujilimbikizia katika eneo la mwingiliano wa juu wa uwanja wa sumaku na kondakta wa mawimbi.
Athari ya ngozi katika masafa ya mmWave inamaanisha mikondo ya kurudi inapita tu katika nanomita mia chache za juu za uso wa ndege ya ardhini. Hii inafanya umaliziaji wa uso na uwezo wa oksidi kuwa muhimu sana kwa kushangaza shaba iliyochafuliwa kuonyesha upinzani mkubwa wa RF kuliko shaba angavu. Kwa sababu hii, wabunifu wengi hutaja umaliziaji wa uso wa ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) kwenye ndege za ardhini katika maeneo muhimu ya RF, licha ya upenyezaji mdogo wa ziada ambao safu ya nikeli huanzisha.
5.2 Utekelezaji wa Sayari Imara ya Ardhi
Ndege ya ardhini inayoendelea na isiyovunjika inawakilisha sifa muhimu zaidi ya mrundikano wowote wa PCB zenye masafa ya juu. Fikiria ndege ya ardhini kama inayotoa uso laini kabisa wa ziwa kwa mikondo ya kurudi ili kutiririka kizuizi chochote (tupu, nafasi, mkato) husababisha msukosuko unaotoa nishati na kuakisi ishara. Kwa matumizi ya 5G, uadilifu wa ndege ya ardhini hauwezi kujadiliwa: kila ndege ya ardhini inapaswa kupanuka kutoka ukingo hadi ukingo wa ubao bila kukatizwa sana.
Wakati mgawanyiko wa ndege ya ardhini unapogeuka kuwa usioepukika, labda ili kutenganisha sehemu za analogi na dijitali, au kuunda utulivu wa joto kuzunguka mashimo ya kupachika, tumia vipokezi vya kushona ili kuziba pengo. Weka vipokezi vidogo vya 0.1 μF au vidogo kwa vipindi vya inchi 1-2 kando ya mgawanyiko, ukitoa AC fupi kwenye masafa ya RF huku ukidumisha kutengwa kwa DC. Kamwe usipitishe ishara za kasi ya juu au RF kwenye mgawanyiko wa ndege ya ardhini; ikiwa alama lazima ivuke mgawanyiko, ipitishe kwa njia ya mlalo ili kupunguza eneo la kitanzi na kuongeza ardhi karibu na sehemu ya kuvuka.
5.3 Kupitia Mbinu za Kushona na Kuziba Uzio wa Ardhini
Kupitia kushona, uwekaji wa kimkakati wa vias za kutuliza ili kuunganisha ndege za ardhini kati ya tabaka ni miongoni mwa vipengele muhimu zaidi lakini mara nyingi hupuuzwa vya muundo wa PCB wa 5G. Katika masafa ya mmWave, uingiaji wa hata muunganisho mfupi wa ardhini unakuwa muhimu. Kipenyo kimoja cha 10 mil kupitia ubao wenye unene wa 62 mil huonyesha takriban 0.7 nH ya uingiaji unaoonekana kuwa mdogo, lakini kwa 28 GHz hii inawakilisha kizuizi cha takriban ohms 123, cha kutosha kuharibu vikali miunganisho ya ardhini yenye masafa ya juu.
Suluhisho liko sambamba kupitia safu. Kutumia via nne sambamba hupunguza inductance yenye ufanisi kwa takriban mara 4 (ikiwa ni pamoja na athari za inductance za pande zote), na kuleta impedance ya muunganisho kwenye viwango vinavyokubalika zaidi. Kwa vipengele muhimu vya RF, weka via 3-4 za ardhini karibu na kila pini ya ardhini, ukiunganisha kwenye iliyo karibu zaidi.
ardhi ngumu. Weka nafasi kati ya viasi hivi karibu na sehemu iwezekanavyo, mkondo wa hewa unapoongezeka kwa urefu wa viasi, na kufanya njia fupi kuwa muhimu.
Mchoro 6 - Mwonekano wa juu wa mpangilio wa PCB unaoonekana kupitia muundo wa kushona kuzunguka
6. Udhibiti wa Impedans katika 5G Stack-Ups
6.1 Misingi ya Impedans Inayodhibitiwa
Uzuiaji unaodhibitiwa unawakilisha msingi wa uadilifu wa ishara ya kasi ya juu na RF. Wakati chanzo cha ishara, njia ya upitishaji, na mwisho wake vyote vinapowasilisha uzuiaji sawa wa sifa, nishati huhamishwa kabisa kutoka chanzo hadi mzigo bila tafakari. Utofauti wa uzuiaji husababisha sehemu za ishara kuakisi nyuma kuelekea chanzo, na kuunda mawimbi yaliyosimama, mlio, na mwingiliano kati ya alama ambao huharibu ishara za dijiti na kuharibu utendaji wa mfumo wa RF.
Kwa matumizi ya 5G, impedansi ya ohm 50 yenye ncha moja imekuwa kiwango cha ulimwengu kwa saketi za RF na microwave. Thamani hii ilitokana na uboreshaji kati ya uwezo wa kushughulikia nguvu na upotevu katika nyaya za koaxial, na viunganishi vyote vya mfumo ikolojia wa RF, vifaa vya majaribio, na vipengele vinachukua mifumo ya ohm 50.
violesura vya kidijitali vya kasi kwa kawaida hutumia ama 50-ohm yenye ncha moja (kwa ishara zenye ncha moja kama vile saa) au impedansi tofauti ya 100-ohm (kwa jozi tofauti kama vile MIPI, PCIe, na USB).
6.2 Usanidi wa Microstrip kwa Ishara za RF
Ukanda mdogo, alama ya ishara kwenye safu ya nje ya ubao yenye mteremko wa ardhini kwenye safu ya ndani iliyo karibu, inawakilisha usanidi wa kawaida wa laini ya upitishaji kwa saketi za RF.
Kizuizi cha sifa cha mikrostrip hutegemea upana wa alama (W), urefu juu ya ndege ya ardhini (H), unene wa shaba (T), na kigezo cha dielektriki cha nyenzo ya substrate (εr). Kwa makadirio ya mpangilio wa kwanza, alama pana na dielektriki nene huongeza kigezo, huku vigezo vya dielektriki vya juu zaidi hupunguza kigezo.
Mfano wa hesabu ya mikrostrip: kufikia 50Ω kwenye Rogers RO4350B yenye unene wa milimita 5 (εr = 3.48) yenye shaba ya wakia 1 inahitaji takriban upana wa alama milimita 11. Kizuizi sawa kwenye dielectric ya milimita 4 kinahitaji upana wa milimita 8.5 kinachoonyesha unyeti kwa unene wa dielectric.
Mchoro 7 - Mchoro wa sehemu mtambuka wa jiometri ya mstari wa upitishaji wa mikrostrip
6.4 Uzuiaji Tofauti wa Jozi kwa Violesura vya Kasi ya Juu
Data ya uwasilishaji wa ishara tofauti kama tofauti ya volteji kati ya ishara mbili zinazosaidiana hutawala violesura vya kisasa vya kidijitali vya kasi kubwa kutokana na kinga bora ya kelele na EMI iliyopunguzwa. Kizuizi tofauti (Zdiff) hutegemea kizuizi cha mwisho mmoja cha kila kielelezo (Z0) na kiunganishi kati ya vielelezo. Kwa vielelezo vilivyounganishwa kwa ulegevu, Zdiff ≈ 2 × Z0. Vielelezo vinaposogea karibu, kiunganishi huongezeka, na kupunguza kizuizi tofauti chini ya uwiano huu wa 2:1.
Kwa impedansi tofauti ya ohm 100 (kiwango cha violesura vingi vya kidijitali vya kasi ya juu), miundo ya kawaida hutumia athari za mwisho mmoja za ohm 50 zenye kiunganishi kinachopunguza impedansi tofauti hadi ohm 100. Katika mikrostrip yenye athari za pembeni, kufikia tofauti ya ohm 100 kwa kawaida huhitaji nafasi ya kufuatilia ya upana wa 1.5-2× wa sehemu ya kufuatilia. Nafasi nyembamba huongeza kiunganishi na hupunguza zaidi impedansi tofauti; nafasi pana hupunguza kiunganishi na huongeza impedansi tofauti.
| tabaka | kazi | aina | Uzito wa Cu | Unene | Material |
| L1 | RF Signal | Microstrip 50Ω | 0.5 oz | - | RO4350B |
| L2 | Ground | Ndege | 1 oz | 5 elfu moja | Core |
| L3 | RF Signal | Mstari wa Strip 50Ω | 0.5 oz | 6 elfu moja | Kuandaa |
| L4 | Ground | Ndege | 1 oz | 8 elfu moja | Core |
| ... | Ulinganifu | Mirror | ... | ... | ... |
Jedwali la 2: Mfano wa usanidi wa safu 12 za 5G (sehemu) unaoonyesha tabaka za juu
7. Mambo ya Kuzingatia Uadilifu wa Ishara
Uadilifu wa mawimbi katika PCB za 5G unajumuisha matukio mengi yanayohusiana ambayo yanaweza kuharibu utendaji wa mfumo ikiwa hayatasimamiwa ipasavyo. Kuelewa mifumo ya uharibifu wa mawimbi na mbinu za usanifu wa mrundikano zinazoyapunguza hutenganisha miundo ya utendaji kazi na ile bora.
7.1 Mifumo ya Kupoteza Mara kwa Mara kwa Mara
Upotevu wa mawimbi huongezeka sana kadri masafa yanavyoongezeka kutokana na athari nyingi za kimwili. Upotevu wa dielektriki hutokana na upolarishaji wa molekuli katika nyenzo ya substrate huku uwanja wa umeme ukiyumba kwenye masafa ya RF, dipoli kwenye nyenzo hujaribu kuendana na uwanja, na kuondoa nishati kama joto. Upotevu huu unahusiana moja kwa moja na kipengele cha utawanyiko: kuongezeka maradufu kwa Df takriban maradufu ya hasara. Katika 28 GHz katika FR-4 ya kawaida (Df ≈ 0.020), upotevu wa dielektriki unaweza kuzidi 1.5 dB kwa inchi, huku Rogers RO3003 (Df ≈ 0.001) akipata hasara chini ya 0.3 dB kwa inchi chini ya hali zinazofanana. Upotevu wa kondakta huongezeka kadri mzizi wa mraba wa masafa unavyoongezeka kutokana na athari ya ngozi ya mikondo ya masafa ya juu hujilimbikizia karibu na nyuso za kondakta, na kuongeza upinzani mzuri.
7.2 Kupitia Ubunifu wa Matumizi ya mmWave
Vipimo vya kupitia sehemu isiyotumika ya shimo la kupitia kupitia ambayo hupita safu ambapo ishara hutoka huunda miundo ya mwangwi inayoakisi ishara katika masafa maalum. Kipimo hufanya kazi kama laini ya upitishaji yenye mzunguko mfupi ambayo mwangwi wake wa robo-wave husababisha mwangwi wa juu zaidi. Katika 28 GHz yenye unene wa bodi ya 50 mil, hata kipimo cha 15 mil kinaweza kuunda mwangwi wenye matatizo. Suluhisho ni pamoja na kuchimba visima ili kuondoa vijiti au kutumia vijiti vilivyozikwa/vilivyozikwa ambavyo huishia kwenye safu ya ishara.
Mchoro 9 - PCB Iliyotobolewa Nyuma kupitia
Hitimisho
Ubunifu uliofanikiwa wa PCB za 5G unahitaji utaalamu wa taaluma nyingi kama vile sayansi ya nyenzo, nadharia ya sumakuumeme, michakato ya utengenezaji, na usimamizi wa joto. Miongozo iliyotolewa katika makala haya kuanzia uteuzi wa nyenzo hadi mikakati ya kutuliza hadi udhibiti wa impedansi hutoa mfumo kamili wa kuunda kiwango cha juu cha ubora wa juu.
miundo ya utendaji ya 5G.
Matokeo Makuu ni pamoja na:
1. Uchaguzi wa nyenzo huchochea utendaji na matumizi ya gharama ya laminate zenye masafa ya juu inapohitajika, FR-4 kwingineko.
2. Mirundiko ya ulinganifu yenye mizunguko sahihi ya marejeleo haiwezi kujadiliwa. 3. Uadilifu wa mrundiko wa ardhi na kupitia kushona huamua uadilifu wa mawimbi kwenye mmWave.
4. Udhibiti wa Impedans unahitaji udhibiti sahihi wa unene wa dielektriki na uthibitishaji wa kitatuzi cha uwanja.
5. Ushirikiano wa mapema na mtengenezaji wa PCB yako huzuia gharama kubwa za kuzungusha.
Kadri teknolojia ya 5G inavyoendelea kubadilika kuelekea masafa ya juu na ugumu zaidi, hatua na mbinu zilizoainishwa hapa zitabaki kuwa za msingi. Iwe unabuni bidhaa yako ya kwanza ya 5G au unaboresha mfumo uliopo, kuwekeza muda katika uboreshaji wa mkusanyiko hulipa gawio katika utendaji wa mfumo, mavuno ya utengenezaji, na muda wa soko.
