為什么5G頻率不利于信號(hào)完整性？

5G的工作頻率將比4G快得多，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即將到來，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。信號(hào)完整性將成為5G板設(shè)計(jì)中的首要問題。

在本文中，讓我們看一下更高頻率對(duì)PCB信號(hào)完整性的影響以及減輕這些擔(dān)憂的方法。

為什么5G頻率不利于信號(hào)完整性

電路板設(shè)計(jì)中頻率的增加會(huì)給信號(hào)完整性帶來許多不良影響，特別是噪聲增加和衰減影響。

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)反射變得越來越重要。根據(jù)傳輸線理論，反射與傳輸線長度與信號(hào)波長之比直接相關(guān)。

信號(hào)反射

我們還知道信號(hào)波長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“皮膚效應(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)。趨膚效應(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。

趨膚效應(yīng)的重要含義是，隨著更高的頻率穿過較小的區(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板的設(shè)計(jì)者可以做什么呢？

控制板阻抗

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題。

傳統(tǒng)的PCB制造工藝（例如減法工藝）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（半添加制造過程）技術(shù)，該技術(shù)可使制造商以更高的精度創(chuàng)建跡線?？刂凭€路的幾何形狀還可以幫助減輕趨膚效應(yīng)和由于它引起的信號(hào)功率損失。

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)問題以及解決這些問題的可能的設(shè)計(jì)解決方案。

顯然，5G將給PCB工程師帶來信號(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。

審核編輯：劉清