1 ข้อกำหนดโครงสร้างแบบซ้อน: บอร์ด Rogers ไม่สามารถใช้โครงสร้าง "บอร์ดสี่ชั้นธรรมดา" ได้
นี่คือข้อกำหนดหลักที่ทำให้การออกแบบอิมพีแดนซ์ของบอร์ดความถี่สูงของ Rogers แตกต่างจากบอร์ดทั่วไป:
บอร์ดสี่ชั้นธรรมดาเป็นบอร์ดหลักที่มี 2/3 ชั้น และ PP (แผ่นกึ่งแข็งตัว) ถูกกดขึ้นและลงเพื่อควบคุมอิมพีแดนซ์ภายนอก อย่างไรก็ตาม PP มีความหนาไม่คงที่และการไหลของกาวไม่สม่ำเสมอระหว่างการเติมแรงอัด ซึ่งอาจทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของอิมพีแดนซ์ในชั้นนอก และไม่เหมาะสำหรับบอร์ดความถี่สูง-ของ Rogers
วิธีการที่ถูกต้องคือการใช้ "โครงสร้างบอร์ดแกนคู่" นั่นคือ สื่ออ้างอิงสำหรับเส้นอิมพีแดนซ์ด้านนอกนั้นมาจากบอร์ดหลัก เนื่องจากความหนาของสื่อที่อยู่ตรงกลางของบอร์ดหลักมีเสถียรภาพและสามารถควบคุมได้ ซึ่งสามารถรับประกันความเสถียรของสัญญาณเส้นอิมพีแดนซ์ด้านนอก
ความหนาของคอร์บอร์ดและความหนาของสื่อกลางสามารถปรับได้ แต่ต้องปรับความกว้างของเส้นอิมพีแดนซ์/ระยะห่างของเส้นพร้อมกับสแต็ก และไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยไม่เปลี่ยนความกว้างของเส้น
สองตัวอย่างทั่วไปของการซ้อนอิมพีแดนซ์บอร์ดความถี่สูง-ของ Rogers (โดยพิจารณา RO4350B, Dk=3.48 เป็นตัวอย่าง):
ทั้งกระดานสอง-และชั้นบนและล่างมีสายสัญญาณ: L1/L2 และ L3/L4 แต่ละตัวใช้บอร์ดหลัก RO4350B 0.254 มม. โดยตรงกลางเต็มไปด้วยสื่อ 0.1+0.73+0.1 มม.
เฉพาะชั้นบน (หรือล่าง) เท่านั้นที่มีเส้นสัญญาณ: RO4350B 0.254 มม. ใช้สำหรับชั้นสัญญาณ L1/L2 ที่อยู่ติดกัน โดยมีการเติม 0.1+0.73+0.1 มม. ตรงกลาง และ 0.23 มม. fr4 ใช้สำหรับ L3/L4 ในอีกด้านหนึ่ง
การออกแบบแรงดันแบบผสม: ใช้ Rogers สำหรับเลเยอร์หลักที่มีสัญญาณ-ความถี่/สูง- ความเร็วสูง และใช้ fr4 สำหรับเลเยอร์กำลัง การก่อตัว และเลเยอร์ความเร็วต่ำ- เพื่อปรับสมดุลประสิทธิภาพและราคา (ราคาของ Rogers อยู่ที่ประมาณ 5-10 เท่าของ FR-4) เมื่อผสม การซ้อนควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าชั้นความถี่สูงอยู่ติดกับระนาบอ้างอิงที่สมบูรณ์
2 ข้อกำหนดการคำนวณและการจำลองอิมพีแดนซ์
ต้องคำนวณโดยใช้เครื่องมือระดับมืออาชีพและไม่สามารถประมาณได้จากประสบการณ์: เครื่องคำนวณความต้านทานไมโครเวฟ MWI (เครื่องคำนวณความต้านทานไมโครเวฟ) อย่างเป็นทางการของ Rogers มีแบบจำลองพารามิเตอร์วัสดุที่แม่นยำ-ในตัว (รวมถึงข้อมูลเกี่ยวกับ Dk ที่เปลี่ยนแปลงตามความถี่) ผู้ผลิตและนักออกแบบ PCB มักใช้ Polar SI9000/SI8000
การคำนวณควรใช้ "ค่า Dk ที่วัดได้/เป็นชุดของผู้ผลิต" เพื่อปรับเทียบแบบจำลอง: แม้ว่าความผันผวนของ Dk ของชุดต่างๆ ของรุ่นเดียวกันจะมีน้อย (ความผันผวนของโรงงาน Rogers น้อยกว่าหรือเท่ากับ ± 0.05) การดริฟท์ของอิมพีแดนซ์จะยังคงเกิดขึ้นที่ความถี่สูง แนวปฏิบัติระดับมืออาชีพคือการแก้ไขการคำนวณตามค่า Dk ที่วัดได้ของแต่ละชุด
การเลือกแบบจำลอง: มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในความต้านทานของแบบจำลองระหว่างท่อนำคลื่น coplanar เส้นไมโครสตริป และเส้นสตริป (สื่อเดียวกัน/ต่างกัน) - ภายใต้ความกว้างของเส้นเดียวกัน ความต้านทานของเส้นไมโครสตริปมักจะสูงกว่าเส้นสตริป 10% ถึง 15% (เส้นไมโครสตริปมีตัวกลางอากาศและ Dk ที่เทียบเท่าต่ำกว่า) การเลือกรุ่นผิดจะส่งผลให้การคำนวณไม่ถูกต้องทั้งหมด
การรวมพิกัดความเผื่อเข้ากับการออกแบบ: ผลงานการออกแบบควรจัดให้มีช่วง "ความกว้างของเส้น ± พิกัดความเผื่อ → ความผันผวนของอิมพีแดนซ์" และเว้นระยะไว้ แทนที่จะให้เพียงค่าในอุดมคติ
3 ข้อกำหนดการออกแบบสายไฟ
ระนาบกราวด์อ้างอิงที่สมบูรณ์: ชั้นสัญญาณความถี่สูง-ต้องมีระนาบกราวด์ต่อเนื่องเป็นข้อมูลอ้างอิง ห้ามมิให้ขุดสนามเพลาะหรือตัดระนาบกราวด์ด้วยการเดินสายไฟด้านล่างอุปกรณ์ความถี่สูง มิฉะนั้นจะมีการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์ในท้องถิ่นอย่างกะทันหัน
คู่ดิฟเฟอเรนเชียล: ความยาวเท่ากันอย่างเคร่งครัดและการเดินสายที่เท่ากัน (โดยทั่วไปความต่างของความยาวจะถูกควบคุมภายใน 5 มล.) ระยะห่างดิฟเฟอเรนเชียล S จะกำหนดอิมพีแดนซ์ดิฟเฟอเรนเชียลโดยตรง - เมื่อระยะห่างน้อยกว่าความกว้างของเส้น การคัปปลิ้งได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ และอิมพีแดนซ์ดิฟเฟอเรนเชียลจะต่ำกว่าสองเท่าของอิมพีแดนซ์ปลายเดี่ยวอย่างมีนัยสำคัญ
การรักษารูเจาะ: การเจาะรูทะลุอาจทำให้อิมพีแดนซ์เฉพาะจุดเสียหายได้ ดังนั้นจึงแนะนำให้เจาะให้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ควรจัดลำดับความสำคัญของรูฝังแบบตาบอดสำหรับเส้นทาง RF และหากจำเป็น ควรใช้การเจาะด้านหลังเพื่อเอาต้นขั้วออกเพื่อลดการสะท้อน
การแยก: ควรเก็บสายความถี่สูงไว้ในระยะห่างที่เพียงพอจากแหล่งจ่ายไฟและสายอะนาล็อก (โดยทั่วไปมากกว่าหรือเท่ากับ 3 เท่าของความกว้างของสาย) และหากจำเป็น ควรเพิ่มกราวด์ผ่านผนัง (ผ่านรั้ว) เพื่อระงับสัญญาณรบกวน
7 ข้อกำหนดสำหรับการประสานงานอิมพีแดนซ์ในกระบวนการผลิต (ต้องพิจารณาในระหว่างการออกแบบ)
ความคลาดเคลื่อนที่ได้รับจากการออกแบบในท้ายที่สุดจะขึ้นอยู่กับการนำกระบวนการไปใช้ เมื่อเลือกบอร์ดและข้อกำหนดในการเขียน ควรปรับความสามารถต่อไปนี้:
ความทนทานต่อความกว้างของเส้น: บอร์ดความถี่สูง-จะต้องน้อยกว่าหรือเท่ากับ ± 0.015 มม. (ประมาณ ± 0.6mil) และต้องใช้การสัมผัสการเขียนด้วยเลเซอร์โดยตรงของ LDI ข้อกำหนดสำหรับสถานการณ์มากกว่าหรือเท่ากับ 10GHz นั้นเข้มงวดยิ่งขึ้น
ความสม่ำเสมอของความหนาอิเล็กทริก: IPC-6018C ต้องมีความทนทานมากกว่า ± 10% และควรควบคุมค่าเบี่ยงเบนของความหนาอิเล็กทริกสำหรับไม้อัด Rogers แต่ละชั้นภายใน ± 0.01 มม.
ความสอดคล้องของแบตช์ Dk: เลือกบอร์ดชุดเดียวกันเพื่อหลีกเลี่ยงความผันผวนของ Dk
การทดสอบ: ควรทำการทดสอบความต้านทาน TDR (IPC-TM-650 2.5.5.7 เวลาทดสอบที่เพิ่มขึ้นน้อยกว่าหรือเท่ากับ 35ps) ก่อนออกจากโรงงาน ระดับไฮเอนด์ต้องมีการตรวจสอบแบบเต็ม 100% พร้อมแนบรายงานการทดสอบความต้านทาน ลิงก์ RF ที่สำคัญควรได้รับการตรวจสอบการสูญเสียการแทรก/การสูญเสียการส่งคืนโดยใช้ VNA
8, ความสอดคล้องระหว่างการเลือกบอร์ดและความถี่
หลักการออกแบบอิมพีแดนซ์คือการเลือกบอร์ดที่เหมาะสม ซึ่งสามารถระบุตำแหน่งได้อย่างรวดเร็วตามความถี่:
น้อยกว่าหรือเท่ากับ 1GHz: FR-4 แบบธรรมดาก็เพียงพอแล้ว (Dk γ 4.2)
1-10GHz: บอร์ดความถี่ปานกลางถึงสูง (เช่น RO4350B, RO4003C);
คลื่นที่มากกว่าหรือเท่ากับ 10GHz/มิลลิเมตร (เรดาร์ 77GHz): ต้องใช้บอร์ดความถี่สูง (RO3003, RT/duroid 5880 และวัสดุที่สูญเสียน้อยเป็นพิเศษ-)