Principales exigences de fabrication pour les circuits imprimés de communication sans fil haute fréquence

Vous êtes confronté à une pression croissante pour répondre aux nouveaux besoins en matière de communications sans fil. Les circuits imprimés (PCB) haute fréquence se développent plus rapidement que les PCB ordinaires en raison de la montée des réseaux 5G et des nouvelles applications IoT. Ces conceptions haute fréquence utilisent des stratifiés PTFE et Rogers au lieu des cartes FR4 standard. Ces matériaux réduisent la perte de signal jusqu'à 40% et améliorent la transmission des données. LT CIRCUIT est un partenaire de confiance qui propose des solutions de fabrication avancées pour vous aider à maintenir des signaux forts et fiables. Ils veillent également à ce que vous restiez conforme dans ce domaine des communications sans fil en évolution rapide.

Points clés à retenir

# Choisissez des matériaux spéciaux comme les stratifiés PTFE ou Rogers. Ceux-ci aident à réduire la perte de signal et à améliorer le fonctionnement sans fil.

# Contrôlez l'impédance en faisant correspondre la largeur et l'espacement des pistes. Cela maintient les signaux forts et aide à éviter les erreurs.

# Utilisez des méthodes de fabrication précises comme la gravure avancée et le perçage précis. Cela permet de fabriquer des PCB haute fréquence qui fonctionnent bien.

# Suivez un contrôle qualité et des tests stricts, comme les normes CEM et FCC. Cela garantit que votre appareil fonctionne correctement et respecte les règles.

# Gérez la chaleur et la perte de signal avec de bonnes conceptions thermiques et des matériaux à faible perte. Cela maintient votre PCB stable et l'aide à durer plus longtemps.

Matériaux

Substrats

Choisir le bon substrat aide votre PCB à bien fonctionner dans les communications sans fil. Chaque matériau a ses propres avantages pour les conceptions haute fréquence. Le tableau ci-dessous répertorie les matériaux de substrat courants et ce qui les rend spéciaux :

Remarque : En 2024, la région Asie-Pacifique est le premier marché des substrats de PCB haute fréquence, avec plus de 48 % du marché.

Propriétés diélectriques

Les propriétés diélectriques sont très importantes pour l'envoi de signaux, en particulier au-dessus de 10 GHz. Vous voulez des matériaux avec de faibles constantes diélectriques (Dk) et de faibles facteurs de dissipation (Df). Ceux-ci aident à maintenir les signaux forts et à réduire les pertes. Les matériaux Rogers ont des valeurs Dk de 3,38 à 3,55 et Df aussi bas que 0,002. Les matériaux Isola ont un Dk et un Df légèrement plus élevés, il y a donc un peu plus de perte de signal, mais ils sont plus faciles à fabriquer. Les substrats à base de téflon ont les Dk et Df les plus bas, ils sont donc les meilleurs pour les utilisations à très haute fréquence.

Les experts disent que vous devriez utiliser des matériaux avec un Df inférieur à 0,005 à 10 GHz. Cela maintient la perte de signal et la chaleur basses, ce qui est très important pour les communications sans fil.

Gestion thermique

Les PCB haute fréquence chauffent plus que les PCB ordinaires. Vous devez contrôler cette chaleur pour que votre carte fonctionne bien. Les PCB à cœur métallique, comme ceux avec de l'aluminium ou du cuivre, évacuent rapidement la chaleur. Ils ont des conductivités thermiques de 5 à 400 W/mK. C'est bien mieux que le FR4, qui ne monte qu'à 0,4 W/mK. L'utilisation de PCB à cœur métallique permet de refroidir rapidement votre carte. Ceci est important pour des choses comme les routeurs sans fil, les stations de base et les satellites.

Normes IPC-2221 vous aident à choisir des matériaux avec une faible constante diélectrique, une conductivité thermique élevée, une faible absorption d'humidité et une forte résistance mécanique. Si vous suivez ces normes, votre PCB fonctionnera bien pour les communications sans fil haute fréquence.

Conception

Contrôle de l'impédance

Avoir la bonne impédance est très important pour les communications sans fil haute fréquence. Vous devez vous assurer que les pistes de PCB correspondent à l'impédance standard du système, qui est généralement 50 Ohms. Cela aide à arrêter les réflexions de signal et la perte de puissance. Si l'impédance ne correspond pas, les signaux peuvent rebondir. Cela provoque des sonneries et des erreurs de données. Ces problèmes s'aggravent lorsque la fréquence augmente. Vous pouvez arrêter ces problèmes en utilisant des pistes à impédance contrôlée. Assurez-vous que la source, le récepteur et les pistes ont tous la même impédance.

Les règles de l'industrie disent que vous devez maintenir la tolérance d'impédance entre ±1 % et ±2 % pour les pistes de PCB sans fil haute fréquence. Ce contrôle étroit maintient les signaux forts et les systèmes fonctionnent bien.

Si l'impédance ne correspond pas dans les pistes de PCB haute fréquence, les signaux rebondissent et s'affaiblissent. Cela nuit à la qualité du signal. Les pièces et les pistes sont fabriquées pour une certaine impédance afin d'empêcher cela de se produire. Lorsque la fréquence augmente, la perte d'insertion s'aggrave considérablement si l'impédance n'est pas adaptée. Une bonne adaptation de l'impédance maintient les réflexions et la perte de puissance faibles. Cela permet de maintenir des signaux clairs dans les communications sans fil.

Intégrité du signal

L'intégrité du signal signifie maintenir les signaux forts et clairs lorsqu'ils se déplacent sur le PCB. Les signaux haute fréquence peuvent avoir des problèmes tels que la diaphonie, le retard de transmission et les erreurs de synchronisation d'horloge. La diaphonie se produit lorsque les signaux sur les pistes voisines interfèrent les uns avec les autres. Vous pouvez réduire la diaphonie en espaçant davantage les pistes. L'utilisation de la signalisation différentielle et des pistes de garde est également utile.

Conseil : Faites un espacement des pistes d'au moins trois fois la largeur des pistes pour réduire la diaphonie et les interférences.

Le retard de transmission peut provoquer des erreurs de synchronisation et du bruit. Si les pistes n'ont pas la même longueur, les signaux arrivent à des moments différents. Cela perturbe la synchronisation de l'horloge. Vous pouvez y remédier en faisant correspondre les longueurs des pistes avec des motifs en serpentin. Essayez d'utiliser le moins de vias possible. Placez les vias de transition près des vias de signal lorsque les signaux changent de plans de référence. Utilisez des outils de simulation pour trouver et corriger les problèmes d'intégrité du signal avant de fabriquer la carte.

EMI/CEM

Les interférences électromagnétiques (EMI) et la compatibilité électromagnétique (CEM) sont de gros problèmes dans les communications sans fil. L'EMI peut générer du bruit et provoquer une perte de signal. La CEM garantit que votre PCB n'interfère pas avec d'autres appareils. Vous pouvez réduire les EMI et maintenir la CEM en suivant ces conseils de disposition :

1. Placez des pièces similaires (analogiques et numériques) dans des groupes séparés pour réduire la diaphonie.

2. Placez des condensateurs de découplage près des broches d'alimentation pour bloquer le bruit haute fréquence.

3. Gardez les pistes de signal courtes et droites afin qu'elles n'agissent pas comme des antennes.

4. Maintenez une impédance contrôlée pour les signaux importants.

5. N'utilisez pas d'angles vifs ; utilisez des angles de 45 degrés ou des courbes.

6. Utilisez des paires différentielles pour les signaux rapides.

7. Placez des plans de masse solides sous les couches de signal.

8. Ne divisez pas les plans de masse pour arrêter les boucles EMI.

9. Placez les vias de masse près des broches des pièces.

10. Recouvrez les zones sensibles avec des blindages métalliques ou des déversements de cuivre mis à la terre.

11. Rendez les zones de boucle dans les chemins d'alimentation et de signal aussi petites que possible.

Remarque : Gardez les sections RF et numériques séparées sur le PCB pour faciliter l'isolation et réduire les EMI. Utilisez des empilements multicouches pour fournir des chemins de retour à faible impédance et réduire les émissions électromagnétiques.

Intégration d'antenne

L'intégration d'antenne est un élément très important de la conception de PCB sans fil haute fréquence. La forme, la taille et la disposition de l'antenne modifient la qualité avec laquelle votre appareil envoie et reçoit des signaux. Vous devez réfléchir à ces éléments :

l Géométrie de l'antenne: La forme et la taille de l'antenne déterminent la façon dont elle envoie et reçoit les signaux.

l Plan de masse: Un plan de masse solide et bien connecté réduit les pertes de rayonnement et fournit une référence stable.

l Adaptation d'impédance: Faites correspondre l'impédance de l'antenne au circuit pour arrêter les réflexions et les pertes de signal. Utilisez des réseaux d'adaptation ou un réglage de stub.

l Bande de fréquences: La fréquence de fonctionnement définit la taille de l'antenne. Utilisez des équations de conception et des outils de simulation pour améliorer son fonctionnement.

l Types d'antennes: Les antennes PCB courantes sont les antennes monopôles, patch, dipôles et en boucle. Chacune est différente.