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5G的高頻段將如何影響信號(hào)完整性,?

2020-10-08
來(lái)源:EETOP
關(guān)鍵詞: 5G 工作頻率 信號(hào)完整性

  5G工作頻率將比4G高得多,,從而迫使PCB設(shè)計(jì)人員重新考慮其板的設(shè)計(jì)和制造方式。

  隨著5G的到來(lái),,電氣工程師必須重新考慮(有時(shí)是重新設(shè)計(jì))他們的PCB和其他基礎(chǔ)設(shè)施,,以支持新頻譜的高頻率。信號(hào)完整性將成為5G PCB板設(shè)計(jì)中的首要問(wèn)題,。

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  5G在電磁頻譜上的位置

  在本文中,,讓我們看一下更高頻率對(duì)PCB信號(hào)完整性的影響以及緩解這些問(wèn)題的方法。

  為什么5G頻率對(duì)信號(hào)完整性不利,?

  在電路板設(shè)計(jì)中,,頻率的增加會(huì)對(duì)信號(hào)完整性產(chǎn)生許多不良影響--特別是增加噪聲和衰減的影響,。

  噪聲

  關(guān)于噪聲,,首先要考慮的是,隨著系統(tǒng)頻率的增加,,信號(hào)反射變得越來(lái)越重要,。根據(jù)傳輸線理論,反射與傳輸線長(zhǎng)度與信號(hào)波長(zhǎng)之比直接相關(guān),。

  信號(hào)反射

  我們還知道,,信號(hào)波長(zhǎng)隨著頻率的增加而減小(λ= v / f),。因此,,隨著5G引入更高的頻率,設(shè)計(jì)人員還必須考慮信號(hào)反射的影響,,例如振鈴或其他失真,,這會(huì)在系統(tǒng)中引起更多噪聲并有效降低SNR。

  電容和電感耦合

  此外,,由于電容和電感分別與電壓和電流的變化率相關(guān),,因此電容耦合和電感耦合的影響變得更加相關(guān) 。這也會(huì)產(chǎn)生噪聲和失真,,從而降低SNR,。

  衰減與集膚效應(yīng)

  關(guān)于衰減,一個(gè)重要的考慮因素是所謂的集膚效應(yīng),。實(shí)質(zhì)上表明,,隨著信號(hào)頻率的增加,信號(hào)在導(dǎo)體內(nèi)的穿透深度會(huì)減小,。

  集膚效應(yīng)

  集膚效應(yīng)的重要含義是,,隨著較高的頻率穿過(guò)較小的區(qū)域,,它們會(huì)遇到更大的阻力并引起更大的IR損耗。這種損耗也會(huì)降低SNR,。

  在5G設(shè)計(jì)中提高SNR的方法

  在高速設(shè)計(jì)中,,有許多因素會(huì)影響信號(hào)的完整性。那么,,5G PCB板的設(shè)計(jì)者可以做什么呢,?

  控制電路板阻抗

  減輕信號(hào)反射和衰減的重要步驟是控制電路板阻抗。擁有適當(dāng)端接的線路和精心設(shè)計(jì)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)對(duì)于防止信號(hào)反射并為電路模塊提供最大功率至關(guān)重要,。

  專注于制造中的阻抗:mSAP

  制造電路板時(shí)也可以解決阻抗控制問(wèn)題,。傳統(tǒng)的PCB制造工藝具有創(chuàng)建具有梯形橫截面的走線的缺點(diǎn)。這些橫截面會(huì)改變走線本身的阻抗,,從而嚴(yán)重限制了5G應(yīng)用,。

  一種解決方案是使用mSAP(半添加制造過(guò)程)技術(shù),該技術(shù)可使制造商以更高的精度創(chuàng)建走線,??刂凭€路的幾何形狀還可以幫助減輕集膚效應(yīng)和由于它引起的信號(hào)功率損失。

  減法與mSAP流程,。圖片由Proto-Electronics提供

  放置元件和走線

  在減輕諸如耦合之類的影響時(shí),,最重要的事情就是明智地將組件和走線相對(duì)于彼此并接地。例如,,具有埋入接地層和電源平面的多層PCB可能是有用的解決方案,。

  將敏感線放置在接地平面附近會(huì)強(qiáng)制與地(與其他線相反)進(jìn)行電容性耦合,并為高速信號(hào)提供低電感返回路徑,。

  5G設(shè)計(jì)的更多注意事項(xiàng)

  盡管本文未解決所有問(wèn)題或解決方案的詳盡列表,,但我們回顧了5G頻率在信號(hào)完整性方面的一些高級(jí)問(wèn)題以及解決這些問(wèn)題的可能的設(shè)計(jì)解決方案。

  顯然,,5G將給PCB工程師帶來(lái)信號(hào)完整性挑戰(zhàn),,因?yàn)樵肼暫退p的頻率相關(guān)效應(yīng)都會(huì)降低SNR。對(duì)于成功的5G設(shè)計(jì),,本文中未考慮的一些因素(例如電介質(zhì)和基板材料的選擇)同樣重要,。


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