5G的高頻段將如何影響信號完整性?

2020-10-06 18:14:53 來源:EETOP編譯

5G的工作頻率將比4G高得多,從而迫使PCB設計人員重新考慮其板的設計和制造方式。

隨著5G的到來,電氣工程師必須重新考慮(有時是重新設計)他們的PCB和其他基礎設施,以支持新頻譜的高頻率。信號完整性將成為5G PCB板設計中的首要問題。

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PCB信號完整性的影響以及緩解這些問題的方法。

為什么5G頻率對信號完整性不利?

在電路板設計中,頻率的增加會對信號完整性產生許多不良影響--特別是增加噪聲和衰減的影響。

噪聲

關于噪聲,首先要考慮的是,隨著系統頻率的增加,信號反射變得越來越重要。根據傳輸線理論,反射與傳輸線長度與信號波長之比直接相關。

信號反射

我們還知道,信號波長隨著頻率的增加而減?。?lambda;= v / f)。因此,隨著5G引入更高的頻率,設計人員還必須考慮信號反射的影響,例如振鈴或其他失真,這會在系統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,因此電容耦合和電感耦合的影響變得更加相關 。這也會產生噪聲和失真,從而降低SNR。

衰減與集膚效應

關于衰減,一個重要的考慮因素是所謂的集膚效應。實質上表明,隨著信號頻率的增加,信號在導體內的穿透深度會減小。

集膚效應

集膚效應的重要含義是,隨著較高的頻率穿過較小的區域,它們會遇到更大的阻力并引起更大的IR損耗。這種損耗也會降低SNR。

5G設計中提高SNR的方法

在高速設計中,有許多因素會影響信號的完整性。那么,5G PCB板的設計者可以做什么呢?

控制電路板阻抗

減輕信號反射和衰減的重要步驟是控制電路板阻抗。擁有適當端接的線路和精心設計的阻抗匹配網絡對于防止信號反射并為電路模塊提供最大功率至關重要。

專注于制造中的阻抗:mSAP

制造電路板時也可以解決阻抗控制問題。傳統的PCB制造工藝具有創建具有梯形橫截面的走線的缺點。這些橫截面會改變走線本身的阻抗,從而嚴重限制了5G應用。

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

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,最重要的事情就是明智地將組件和走線相對于彼此并接地。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強制與地(與其他線相反)進行電容性耦合,并為高速信號提供低電感返回路徑。

5G設計的更多注意事項

盡管本文未解決所有問題或解決方案的詳盡列表,但我們回顧了5G頻率在信號完整性方面的一些高級問題以及解決這些問題的可能的設計解決方案。

顯然,5G將給PCB工程師帶來信號完整性挑戰,因為噪聲和衰減的頻率相關效應都會降低SNR。對于成功的5G設計,本文中未考慮的一些因素(例如電介質和基板材料的選擇)同樣重要。

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