5G PCB控制板设计中的信号损耗分析
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电子设备在高速运行时也会出现电气问题，但更有趣的是信号传播的速度，而不是设备本身的速度。更高的速度通常意味着更大的数据吞吐量，这是推进移动网络标准(如最新的5G)的潜在动力。5G PCB设计需要在布局和制造过程中进行各种工艺，以确保高速信号在通过电路板导体表面时不会失去效力。
5G PCB设计中的信号损耗分析 利用5G提高的传输速度需要了解PCB材料如何响应高速信号。耗散因子(简称Df值或简称Df)表示材料的损耗性质，并以其质量因子的倒数计算。材料的Df与频率有关，随着数据传输速度的提高，更多的能量会流失到周围的材料中，并以热量的形式消散。因此，5G电路的材料需要比标准FR4(例如)损耗更小，以促进信号完整性并限制热相关老化。 介电损耗包括耗散因子和介电常数(Dk，也称为相对介电常数)。导体损耗综合了由于散射和趋肤效应造成的损耗。趋肤深度随频率的增加而减小，导体损耗主要由散射引起。 虽然Dk和Df会随着环境条件(温度、相对湿度等)而变化，但最重要的因素将是板材料的性能。低Df和Dk值的组合将确保通过材料特性和结构(例如，玻璃纤维编织的紧密性)实现的5G板将确保在高速下的最小损失。 不幸的是，低Dk值也意味着在相同频率下波长更长，这可能会影响路由的难度。可以肯定的是，随着波长成比例地缩小，这种差异在更高的频率上变得不那么明显(绝对)。尽管如此，工程师和设计师仍需要意识到，电路板面积可能必须增加，以适应低dk材料的布局差异。 回到导体损耗，导体表面的散射增加，并且由于信号相速度的降低导致表面粗糙，不均匀而增加。合理的解决方案是通过将电镀铜工艺换成具有更光滑轮廓的轧制和退火铜箔来减少这种粗糙度。然而，粗糙的铜表面是一种理想的制造属性，因为基材和导体材料之间的附着力得到改善。 因此，制造商需要平衡性能目标和可生产性。除了用铜箔代替电镀工艺外，还可以将粘合剂应用于基材-导体基体，以提高剥离强度并防止分层事件。 如何影响5G性能? 5G PCB设计也必须着眼于现场使用。虽然制造商的材料信息为选择提供了非常重要的基础，但这些产品对高速因素的反应如何可以显著改变传输线损耗。 湿度:当处于相对湿度足够的环境中时，电路板的“标准”Dk和Df值可能会发生重大变化。例如，虽然FR4对于5G应用来说是一种糟糕的材料，但它是一个很好的例子，说明电路板如何膨胀并导致传输线性能发生重大变化。制造商将需要针对各种潜在的最终使用环境测试电路板。 温度:大多数材料的介电常数随温度的变化而变化。因此，它是这种变化的幅度，即Dk增长或衰减的速度。5G板的强候选材料在工作温度变化下表现出最小的材料性能增长或衰减。 大多数高速板材料的更严格的公差将有助于各种环境的建模。虽然大多数通用电路板材料在性能指标上有明显的波动(有时是5%或更大)，但高速材料在生产过程中可以表现出更合理的~<2%的变化。对于设计团队来说，这极大地简化了多种环境下的构建过程，因为在测试设置中的理想值和在使用过程中遇到的值之间有额外的喘息空间。 |
