طراحی برد فرکانس بالا

همان طور که در مقاله PCB فرکانس بالا چیست ؟ به آن اشاره کردیم pcb های فرکانس بالا امواج الکترومغناطیسی را با حداقل تلفات منتقل می کند. این نوع بردهای الکترونیکی معمولاً در برنامه هایی استفاده می شود که انتقال سیگنال بین اشیا مورد نیاز است. در ساخت PCB فرکانس بالا، استفاده از متریال خاصی مورد نیاز است. در این برد نرخ های جریان سیگنال سریع تر است. بردهای فرکانس بالا سطوح کم انبساط حرارتی ، DF (Dissipation Factor یا همان ضریب اتلاف) کمتر و کمترین تغییرات DK(Dielectric Constant یا ثابت دی الکتریک) را ارائه می دهند. طراحی برد فرکانس بالا معمولاً برای فناوری HDI استفاده می شوند.

خواص PCB فرکانس بالا

• ضریب تلفات (DF) کم
• ثابت دی الکتریک (DK) پایدار
• مقاومت شیمیایی
• جذب رطوبت کم
• ثبات ابعادی

برای اطلاع بیشتر از خواص ، کاربرد و مزایای pcb های فرکانس بالا به لینک زیر مراجعه کنید.

همه چیز درباره بردهای فرکانس بالا، برای کسب اطلاعات بیشتر روی لینک کلیک کنید.

راهنمای طراحی pcb فرکانس بالا

طراحان PCB باید در هنگام طراحی متریال PCB  با فرکانس بالا اقداماتی را انجام دهند ، در زیر مراحلی وجود دارد که باید انجام شود :

طرح خود را برنامه ریزی کنید

قبل از شروع و طراحی PCB، بسیار مهم است که یک طرح مشخص و دقیق را در ذهن داشته باشید . انجام این کار به شما کمک می کند تا از هر چیزی که ممکن است باعث ایجاد مشکل و تأخیر در طراحی شما شود جلوگیری کنید . داشتن چک لیست راه مهمی برای انجام این کار است.

ایران کامپو قدیمی ترین و بزرگ ترین شرکت خدمات الکترونیکی در ایران بوده و تمام خدمات سفارش طراحی PCB را با مجرب ترین مهندسان این زمینه پشتیبانی می کند.

فرکانس سیگنال PCB را تعیین کنید

مطمئن شوید که ولتاژ و توان مورد نیاز مدارهای مجتمع را تعیین کرده اید . تصمیم بگیرید که آیا می خواهید صفحه های تغذیه ( تغذیه مثبت ) را تقسیم کنید یا خیر . همچنین باید بررسی کنید که آیا سیگنال‌های مختلف قابل استفاده هستند یا خیر . مهم است که برنامه ای برای کاهش سطح نویز در سیگنال های با فرکانس بالا داشته باشید.

طرح stack up برای تولید را ترسیم کنید

بلافاصله پس از برنامه ریزی برای طراحی برد الکترونیکی ، مهم است که خواسته ها را یادداشت کنید ، یعنی اینکه نیازهای لایه بندی استک آپ را به صورت کتبی ثبت کنید . می‌توانید از کمک سازنده برای شناختن مواد مشخص برای برد مدارچاپی خود استفاده کنید . مهم است که محدودیت ها و مواد خاص برای برد مدار چاپی خود را بدانید.

مطلب مرتبط : ایران کامپو شرکت تولید کننده انواع PCB در تهران و چین، برای کسب اطلاعات بیشتر روی لینک کلیک کنید.

طبقات طراحی برد فرکانس بالا

باید PCB خود را به بخش های مختلف تقسیم کنید . شما باید تعیین کنید که آیا مدارهای فرعی یا همان زیر مدارهای خود را در یک طراحی بزرگتر قرار می دهید یا خیر . این مسئله در صورت وجود بخش‌های دیجیتال و آنالوگ که نیاز به جداسازی دقیق دارند تا تداخلات کاهش یابد ، بسیار مهم است . برای این کار، باید قسمت هایی از مدار خود را به عنوان بخش‌های جداگانه در نظر بگیرید و بسته به نیاز و توان مدار ، زیرمدارها را در یک طراحی بزرگتر قرار دهید.

قدرت و لایه های زمین را تعیین کنید

این یک مرحله مهم است . پس از تعریف طرح PCB، باید طراحی HDI PCB خود را بررسی کنید . شما باید درک کافی درمورد صفحه زمین را داشته باشید ، در بردهای الکترونیکی ، زمین معمولاً به صورت یک صفحه بزرگ در نظر گرفته می‌شود که به تمامی المان های الکترونیکی وصل می‌شود . برای کاهش تداخلات الکترومغناطیسی و بهبود پایداری سیگنال‌ها ، گاهی اوقات لازم است که این صفحه زمین را به قسمت‌های جداگانه تقسیم کنید . در این صورت، بخش‌های مختلف صفحه زمین به صورت جداگانه طراحی و به المان های مختلف متصل می‌شوند.

ممکن است نیازی به تقسیم زمین با استفاده از routed signal (سیگنال مسیریابی یا هدایت شده) نداشته باشید . تقسیم زمین نشان می‌دهد که باید فضای خالی را بچرخانید . این ممکن است بر تایمینگ سیگنال و EMI (تداخلات الکترومغناطیسی) تأثیر بگذارد . تقسیم زمین ضروری است ، مطمئن شوید که یک مقاومت در طول مسیر سیگنال وجود دارد . این کمک می‌کند که سیگنال دارای شکافی باشد که مسیر بازگشت را بهبود می‌بخشد.

ایران کامپو ارائه دهنده تمام خدمات مونتاژ قطعات الکترونیکی، برای مشاهده بیشتر روی لینک کلیک کنید.

اندازه پد ها را در طراحی برد فرکانس بالا کوچک کنید

بردهای الکترونیکی با فرکانس بالا، اغلب دارای پد‌های کوچکتری نسبت به سایر بردهای الکترونیکی هستند . با کاهش فاصله بین پد‌ها، امکان استفاده بهتر ازفضای برد فراهم می‌شود. همچنین ، می‌توانید اندازه پایه‌ها را با اندازه پین‌های قطعات مطابقت بدهید .کاهش فضا با چندین مزیت همراه است . این کار ظرفیت خازنی پارازیتیک را به حداقل می رساند و استحکام مکانیکی را افزایش می دهد . در نتیجه ، فضای بیشتری برای اتصال به پایه‌ها و پدهای مختلف در برد فراهم می‌شود.

ظرفیت خازنی پارازیتیک چیست؟

ظرفیت خازنی پارازیتیک به دلیل وجود الکترودهای مختلف در مدار شکل می‌گیرد که به صورت تصادفی با هم در تماس هستند و خازنی را شکل می‌دهند. این خازن‌ها قابل مشاهده با چشم نیستند ، آن ها می‌توانند تداخلات و نویزهای الکترومغناطیسی (EMI) در مدار را افزایش دهند و به کاهش سرعت عملکرد مدار و افزایش مصرف توان منجر شوند.

سیگنال های فرکانس را هدایت کنید

اگر می خواهید از مزایای پوشش الکترومغناطیسی بیشتری از این برد برخوردار شوید ، باید سیگنال های فرکانس خود را هدایت یا مسیریابی کنید. سیگنال های با فرکانس بالا تشعشع بالایی تولید می کنند . به همین دلیل ممکن است بین دو سیگنال جداگانه تداخل ایجاد شود . هدایت سیگنال های فرکانس می تواند به شما در جلوگیری از این اتفاق کمک کند . همچنین باید توجه داشت که در طراحی برای فرکانس‌های بالا ، مسیرهای سیگنال باید به طور دقیق طراحی شوند تا از افت و تداخل در سیگنال‌ها جلوگیری شود .

در طراحی مسیر ها با دو اصطلاح به نام Trace و Track رو به رو هستیم .

Trace مسیری است که برای هدایت یک سیگنال مانند سیگنال های دیجیتال، آنالوگ، تغذیه ، و… در نظر گرفته میشود و Track (ترک) به طول مسیری که توسط Trace (تریس) در برد طراحی شده است اشاره دارد . مثلا اگر بخواهیم دو قطعه الکترونیکی را با هم روی برد مدارچاپی متصل کنیم ، میتوانیم با طراحی یک Track با عرض مناسب این اتصال را ایجاد کنیم ، اماّ اگر بخواهیم یک سیگنال را به یکی از تراشه های برد ارسال کنیم ، میتوانیم یک مسیر هدایتی خاص برای انتقال سیگنال طراحی کنیم که به آن Trace میگویند . این دو مفهوم به طور معمول با هم مرتبط هستند، اما به صورت مستقیم مترادف نیستند و در برخی منابع ممکن است به صورت متفاوتی توضیح داده شوند و در برخی به صورت مفهوم های مشابه و مترادف به آنها اشاره شود.

مسیر برگشت جریان مناسب طراحی کنید

برای PCB فرکانس بالا ، هر سیگنال به یک مسیر (line ، track) نیاز دارد . سیگنال از منبع شروع می شود و از طریق track به via ختم می شود . حداقل انحراف و انسداد توسط track مورد نیاز است . این یک بخش اساسی از طراحی و ساخت زیرساخت‌های فرکانس رادیویی است .

در برخی موارد ، ممکن است نیاز به استفاده از ویا (via) داشته باشید تا اطمینان حاصل کنید که مسیر (track) بازگشت جریان به صورت صاف و بی‌انحراف باقی می‌ماند . اگر این کار را انجام ندهید ، جریان‌ها احتمالاً بر روی بخش‌های مختلفی از لایه مرجع پخش خواهند شد.

استفاده از قانون 3W برای کاهش اتصال خطوط

در هنگام انتقال سیگنال ، اتصال خطوط ممکن است باعث ایجاد چالش جدی در کیفیت سیگنال شود و برای طراحی شما و کارکرد برد اختلال ایجاد کند . قانون 3w به شما کمک می‌کند تا این اتصالات را کاهش دهید . با استفاده از این قانون ، فاصله بین خطوط افزایش می‌یابد و به این ترتیب ، اثر اتصال کاهش می‌یابد . به طور خاص ، برای ساختار خطوطی که برای انتقال سیگنال استفاده می‌شوند ، باید فاصله بین آن‌ها را به مقدار حداقل 3 برابر ولتاژ ، فرکانس سیگنال و طول موج سیگنال افزایش دهید . با اعمال قانون 3w ، می‌توانید از کیفیت سیگنال‌های خود در هنگام انتقال اطمینان حاصل کنید و اثر اتصال بین خطوط را به حداقل برسانید.

قانون 3W چیست ؟

قانون 3W در طراحی PCB ، یک روش برای کاهش اتصال بین سیگنال‌های دیجیتالی است . این قانون بیان می‌کند که برای کاهش نویزهای الکترومغناطیسی ، باید فاصله بین خطوط با حداقل 3 برابر ولتاژ سیگنال ، 3 برابر فرکانس سیگنال و 3 برابر طول موج سیگنال را در نظر گرفته و برای سیگنال‌های دیجیتالی در PCB اعمال کرد . به این ترتیب ، با کاهش اتصال بین سیگنال‌ها و کنترل نویزهای الکترومغناطیسی ، می‌توانید از کیفیت سیگنال‌های دیجیتالی خود در PCB اطمینان حاصل کنید . به طور کلی، اعمال قانون 3W در طراحی PCB بهبود کیفیت سیگنال‌های دیجیتالی شما را تضمین می‌کند و کاهش نویزهای الکترومغناطیسی را فراهم می‌کند. به طور کلی، در طراحی سیستم‌های الکترونیکی با فرکانس بالا، باید با توجه به نیازهای سیستم، مقدار فاصله بین خطوط انتقال سیگنال را با دقت بیشتری محاسبه کرد. از روش‌هایی مانند شبیه‌سازی و آزمایش‌های عملی برای تعیین بهتر مقدار فاصله بین خطوط استفاده می‌شود . اما در برخی موارد امکان محاسبه فاصله مناسب به طور صحیح نیست، قانون 3W به عنوان یک راهنمای کلی برای طراحی سیستم‌های الکترونیکی با فرکانس بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

از قانون 20H برای کاهش اتصال بین صفحات زمین و تغذیه استفاده کنید

 هنگامی که بین صفحه زمین و صفحه های قدرت ( تغذیه مثبت ) اتصال وجود دارد ، می تواند تهدیدی برای طراحی PCB شما باشد . طبق قانون 20H ، باید مطمئن شوید که ضخامت بین صفحات مجاور تغذیه و زمین بسیار ضخیم‌تر از صفحه تغذیه باشد . به این ترتیب ، می‌توانید اتصال بین صفحات را به حداقل برسانید و مشکلات احتمالی را در طراحی PCB خود رفع کنید.

قانون 20H در طراحی برد فرکانس بالا چیست ؟

قانون 20H در طراحی PCB ، یک روش برای کاهش اتصال بین صفحات زمین و تغذیه است . این قانون بیان می کند که باید ضخامت مواد بین صفحات زمین و تغذیه ، حداقل مساوی با 20 برابر ضخامت صفحه تغذیه باشد . به این ترتیب ، اتصال بین صفحات کاهش می یابد و از نویزهای الکترومغناطیسی و خطاهای دیگری که ممکن است در طراحی PCB ایجاد شوند ، جلوگیری می شود . برای مثال ، اگر صفحه تغذیه شما با ضخامت 0.5 میلیمتر باشد ، باید اطمینان حاصل کنید که ضخامت مواد بین آن و صفحه زمین حداقل 10 میلیمتر باشد . با اعمال قانون 20H، می توانید از کیفیت سیگنال های الکترونیکی در PCB خود اطمینان حاصل کنید.