Persyaratan Manufaktur Utama untuk PCB Komunikasi Nirkabel Frekuensi Tinggi

Anda menghadapi tekanan yang meningkat untuk memenuhi kebutuhan komunikasi nirkabel baru. PCB frekuensi tinggi tumbuh lebih cepat daripada PCB biasa karena munculnya jaringan 5G dan aplikasi IoT baru. Desain frekuensi tinggi ini menggunakan laminasi PTFE dan Rogers, bukan papan FR4 standar. Bahan-bahan ini mengurangi hilangnya sinyal hingga 40% dan meningkatkan transmisi data. LT CIRCUIT adalah mitra tepercaya yang menawarkan solusi manufaktur canggih yang membantu menjaga sinyal tetap kuat dan andal. Mereka juga memastikan Anda tetap patuh di bidang komunikasi nirkabel yang berkembang pesat ini.

Poin Penting

# Pilih bahan khusus seperti laminasi PTFE atau Rogers. Ini membantu menurunkan hilangnya sinyal dan membuat nirkabel bekerja lebih baik.

# Kontrol impedansi dengan mencocokkan lebar dan jarak jejak. Ini menjaga sinyal tetap kuat dan membantu mencegah kesalahan.

# Gunakan metode manufaktur yang tepat seperti etsa canggih dan pengeboran yang cermat. Ini membantu membuat PCB frekuensi tinggi yang berfungsi dengan baik.

# Ikuti kontrol kualitas dan pengujian yang ketat, seperti standar EMC dan FCC. Ini memastikan perangkat Anda berfungsi dengan benar dan mengikuti aturan.

# Tangani panas dan hilangnya sinyal dengan desain termal yang baik dan bahan yang rendah kerugian. Ini menjaga PCB Anda tetap stabil dan membantunya bertahan lebih lama.

Material

Substrat

Memilih substrat yang tepat membantu PCB Anda bekerja dengan baik dalam komunikasi nirkabel. Setiap bahan memiliki manfaatnya sendiri untuk desain frekuensi tinggi. Tabel di bawah ini mencantumkan bahan substrat umum dan apa yang membuatnya istimewa:

Catatan: Pada tahun 2024, wilayah Asia Pasifik adalah pasar utama untuk substrat PCB frekuensi tinggi, dengan lebih dari 48% dari pasar.

Sifat Dielektrik

Sifat dielektrik sangat penting untuk mengirimkan sinyal, terutama di atas 10 GHz. Anda menginginkan bahan dengan konstanta dielektrik rendah (Dk) dan faktor disipasi rendah (Df). Ini membantu menjaga sinyal tetap kuat dan mengurangi kerugian. Bahan Rogers memiliki nilai Dk dari 3,38 hingga 3,55 dan Df serendah 0,002. Bahan Isola memiliki Dk dan Df yang sedikit lebih tinggi, jadi ada sedikit lebih banyak hilangnya sinyal tetapi lebih mudah dibuat. Substrat berbasis Teflon memiliki Dk dan Df terendah, jadi yang terbaik untuk penggunaan frekuensi yang sangat tinggi.

Para ahli mengatakan Anda harus menggunakan bahan dengan Df di bawah 0,005 pada 10 GHz. Ini menjaga hilangnya sinyal dan panas tetap rendah, yang sangat penting untuk komunikasi nirkabel.

Manajemen Termal

PCB frekuensi tinggi menjadi lebih panas daripada yang biasa. Anda harus mengontrol panas ini agar papan Anda berfungsi dengan baik. PCB inti logam, seperti yang memiliki aluminium atau tembaga, memindahkan panas dengan cepat. Mereka memiliki konduktivitas termal dari 5 hingga 400 W/mK. Ini jauh lebih baik daripada FR4, yang hanya mencapai 0,4 W/mK. Menggunakan PCB inti logam membantu mendinginkan papan Anda dengan cepat. Ini penting untuk hal-hal seperti router nirkabel, stasiun pangkalan, dan satelit.

Standar IPC-2221 membantu Anda memilih bahan dengan konstanta dielektrik rendah, konduktivitas termal tinggi, penyerapan kelembaban rendah, dan kekuatan mekanik yang kuat. Jika Anda mengikuti standar ini, PCB Anda akan berfungsi dengan baik untuk komunikasi nirkabel frekuensi tinggi.

Desain

Kontrol Impedansi

Memiliki impedansi yang tepat sangat penting untuk komunikasi nirkabel frekuensi tinggi. Anda perlu memastikan jejak PCB cocok dengan impedansi standar sistem, yang biasanya 50 Ohm. Ini membantu menghentikan refleksi sinyal dan hilangnya daya. Jika impedansi tidak cocok, sinyal dapat memantul kembali. Ini menyebabkan dering dan kesalahan data. Masalah ini menjadi lebih buruk ketika frekuensi naik. Anda dapat menghentikan masalah ini dengan menggunakan jejak impedansi terkontrol. Pastikan sumber, penerima, dan jejak semuanya memiliki impedansi yang sama.

Aturan industri mengatakan Anda harus menjaga toleransi impedansi antara ±1% dan ±2% untuk jejak PCB nirkabel frekuensi tinggi. Kontrol yang ketat ini menjaga sinyal tetap kuat dan sistem berfungsi dengan baik.

Jika impedansi tidak cocok dalam jejak PCB frekuensi tinggi, sinyal memantul kembali dan menjadi lebih lemah. Ini merusak kualitas sinyal. Bagian dan jejak dibuat untuk impedansi tertentu untuk menghentikan hal ini terjadi. Ketika frekuensi naik, hilangnya penyisipan menjadi jauh lebih buruk jika impedansi tidak cocok. Mencocokkan impedansi dengan baik menjaga refleksi dan hilangnya daya tetap rendah. Ini membantu menjaga sinyal tetap jelas dalam komunikasi nirkabel.

Integritas Sinyal

Integritas sinyal berarti menjaga sinyal tetap kuat dan jelas saat bergerak melintasi PCB. Sinyal frekuensi tinggi dapat memiliki masalah seperti crosstalk, penundaan transmisi, dan kesalahan pewaktuan jam. Crosstalk terjadi ketika sinyal pada jejak terdekat saling mengganggu. Anda dapat menurunkan crosstalk dengan membuat jejak lebih berjauhan. Menggunakan pensinyalan diferensial dan jejak pengaman juga membantu.

Tip: Buat jarak jejak setidaknya tiga kali lebar jejak untuk menurunkan crosstalk dan interferensi.

Penundaan transmisi dapat menyebabkan kesalahan pewaktuan dan noise. Jika jejak tidak memiliki panjang yang sama, sinyal tiba pada waktu yang berbeda. Ini mengacaukan pewaktuan jam. Anda dapat memperbaikinya dengan mencocokkan panjang jejak dengan pola serpentine. Cobalah untuk menggunakan sesedikit mungkin vias. Letakkan vias transisi dekat dengan vias sinyal ketika sinyal mengubah bidang referensi. Gunakan alat simulasi untuk menemukan dan memperbaiki masalah integritas sinyal sebelum membuat papan.

EMI/EMC

Interferensi elektromagnetik (EMI) dan kompatibilitas elektromagnetik (EMC) adalah masalah besar dalam komunikasi nirkabel. EMI dapat membuat noise dan menyebabkan hilangnya sinyal. EMC memastikan PCB Anda tidak mengganggu perangkat lain. Anda dapat menurunkan EMI dan menjaga EMC dengan mengikuti tips tata letak ini:

1. Tempatkan bagian serupa (analog dan digital) dalam kelompok terpisah untuk menurunkan crosstalk.

2. Tempatkan kapasitor decoupling dekat dengan pin daya untuk memblokir noise frekuensi tinggi.

3. Jaga agar jejak sinyal tetap pendek dan lurus agar tidak bertindak seperti antena.

4. Jaga impedansi terkontrol untuk sinyal penting.

5. Jangan gunakan sudut tajam; gunakan sudut 45 derajat atau kurva.

6. Gunakan pasangan diferensial untuk sinyal cepat.

7. Tempatkan bidang ground padat di bawah lapisan sinyal.

8. Jangan membagi bidang ground untuk menghentikan loop EMI.

9. Tempatkan vias ground dekat dengan pin bagian.

10. Tutup area sensitif dengan pelindung logam atau tuangan tembaga yang di-ground.

11. Buat area loop dalam jalur daya dan sinyal sekecil mungkin.

Catatan: Jaga agar bagian RF dan digital terpisah pada PCB untuk membantu isolasi dan menurunkan EMI. Gunakan tumpukan multi-lapis untuk memberikan jalur balik impedansi rendah dan menurunkan emisi elektromagnetik.

Integrasi Antena

Integrasi antena adalah bagian yang sangat penting dari desain PCB nirkabel frekuensi tinggi. Bentuk, ukuran, dan tata letak antena mengubah seberapa baik perangkat Anda mengirim dan menerima sinyal. Anda perlu memikirkan hal-hal ini:

l Geometri Antena: Bentuk dan ukuran antena mengatur bagaimana ia mengirim dan menerima sinyal.

l Bidang Ground: Bidang ground yang padat dan terhubung dengan baik menurunkan kerugian radiasi dan memberikan referensi yang stabil.

l Pencocokan Impedansi: Cocokkan impedansi antena ke sirkuit untuk menghentikan refleksi sinyal dan kerugian. Gunakan jaringan pencocokan atau penyetelan stub.

l Band Frekuensi: Frekuensi kerja mengatur ukuran antena. Gunakan persamaan desain dan alat simulasi untuk membuatnya bekerja lebih baik.

l Jenis Antena: Antena PCB umum adalah antena monopole, patch, dipole, dan loop. Masing-masing berbeda.

l Pengujian Kinerja: Periksa kinerja antena dengan pengukuran parameter-S, pengujian pola radiasi, dan pengujian pencocokan impedansi.

Anda dapat menggunakan bahan seperti emas atau perak untuk membuat antena bekerja lebih baik dan menghentikan karat. Garis p