Я слышал, что многие инженеры по аппаратному обеспечению на этапе выбора проекта сталкиваются с основным вопросом: почему мы должны специально выбирать ВЧ-схемы для высокочастотных сценариев, даже если они являются традиционными?печатные платы fr4можно выполнить базовую проводку? Оба кажутся носителями печатных плат, несущими электронные компоненты, но на самом деле существуют существенные различия в характеристиках материалов, логике проектирования, точности процесса и границах применения. Выбор неправильной платы может привести к чрезмерным потерям сигнала и длительным циклам отладки проекта, а в серьезных случаях это может напрямую вызвать функциональный сбой продукта и не пройти тестирование на соответствие отраслевым стандартам.
Основные основные различия: комплексная дифференциация от материалов до производительности.
1. Логика выбора подложки совершенно другая
В подавляющем большинстве обычных печатных плат используются подложки из эпоксидной стеклоткани fr4, которые являются наиболее широко используемыми платами общего-назначения в электронной промышленности. Они используют эпоксидную смолу в качестве связующего вещества, имеют низкую стоимость и высокую совместимость с технологическими процессами, полностью адаптируясь к потребностям подавляющего большинства низкочастотных цифровых схем и обычных аналоговых схем. Однако его диэлектрическая проницаемость (Dk) имеет плохую стабильность, сильно колеблется в зависимости от температуры и частоты и имеет высокий коэффициент диэлектрических потерь (Df). В сценариях с высокими-частотами выше 100 МГц энергия сигнала быстро затухает, что делает его неспособным удовлетворить требования к передаче радиочастотных сигналов.
ВЧ-схемы должны использовать специализированные преобразователи с низкими потерями.высокая частотасубстраты. В настоящее время основные платы в отрасли делятся на три категории:
(1) Подложка из политетрафторэтилена (ПТФЭ). Типичные модели включают серии Rogers RT/duroid 5880 и Taicony TLY с чрезвычайно высокой стабильностью диэлектрической проницаемости и низкими диэлектрическими потерями, специально разработанные для сценариев ультра-высокочастотных миллиметровых волн выше 2 ГГц;
(2) Керамическая подложка из углеродно-водородной смолы. Типичные модели включают Rogers RO4350B и Isola I-Tera MT40, которые обеспечивают превосходный баланс между производительностью, технологичностью и стоимостью. В настоящее время это наиболее широко используемая радиочастотная плата в области базовых станций 5G и автомобильной электроники;
(3) Модифицированная высокоэффективная-подложка fr4: представительной моделью является Isola FR408HR, которая значительно оптимизирует параметры Dk/Df по сравнению с обычным FR-4. Стоимость является контролируемой и подходит для чувствительных к затратам неосновных радиочастотных сценариев в диапазоне от 2,4 до 6 ГГц.
2. Требования к точности конструкции и процесса сильно различаются.
Основная конструкция обычной печатной платы заключается в выполнении электрических соединений при условии, что проводка включена и выключена и соответствует основной допустимой нагрузке по току. Не существует обязательных требований по контролю импеданса, а допуск на ширину проводки и точность межслойного выравнивания высоки.
Основой конструкции радиочастотной платы является обеспечение целостности сигнала, что требует строгого контроля характеристического сопротивления линии передачи на протяжении всего процесса. Отраслевым стандартом является сопротивление 50 Ом или 75 Ом, а требования к отклонению импеданса контролируются в пределах от ± 2% до ± 3%. При проектировании необходимо следовать принципу «кратчайшего пути проводки», сохранять целостность опорной заземляющей плоскости на протяжении всего процесса, а также добиваться экранирования и изоляции за счет плотного заземления через массив, чтобы избежать утечки излучения сигнала и перекрестных помех между соседними проводками. Требования к контролю шероховатости медной фольги, допусков на толщину диэлектрического слоя и паразитных параметров сквозных отверстий во время производственного процесса чрезвычайно строги, а технологические возможности обычных заводов по производству печатных плат не могут соответствовать стандартам производства таких плат высокого-класса.
Типичные примеры продуктов
Репрезентативные продукты обычных печатных плат
8-слойная промышленная плата управления fr4 с высоким-высоким подъемом: использует подложку fr4 с высоким TG, поддерживает медную проводку толщиной 4 унции, может выдерживать большие токовые нагрузки в сценариях промышленного управления, широко используется в обычных контроллерах промышленных роботов и панелях управления умным домом, с контролируемой стоимостью и высокой стабильностью в массовом производстве.
|
|
14-слойная печатная плата из материала M6: она относится к высокопроизводительной многослойной плате fr4, которая также обладает определенной высокой-возможностью передачи сигнала на высокой скорости. Он обычно используется в основной схеме управления серверных материнских плат бытовой электроники и обычных камер видеонаблюдения и является основным выбором в современной области цифровых схем.
|
|
4-слойная плата управления обычной бытовой техникой: используется недорогая-подложка FR-4, простой процесс, чрезвычайно низкая себестоимость массового производства, подходит для основных задач управления бытовой техникой и мелкой бытовой электроникой.
Представительский продукт для радиочастотных плат
Uniwell Circuits 16-слойная плата с глухими отверстиями RO4350B+RO4450F: с использованием высокочастотной технологии смешанного напряжения Rogers, остаточный слой контролируется в пределах 50,8 мкм, точность импеданса может достигать ± 2%, специально разработана для радиочастотных блоков базовых станций 5G с частотой менее 6 ГГц, выдерживает высокую выходную мощность 43 дБм, вносимые потери менее или равны 0,4 дБ/100 мм;
|
|
ВЧ-плата автомобильного радара миллиметрового диапазона 77 ГГц из ПТФЭ: изготовлена из подложки из ПТФЭ, с шероховатостью микрополосковой линии Ra менее или равной 0,08 мкм, отклонение импеданса менее или равно ± 2%, общий размер контролируется в пределах 50 мм × 50 мм, соответствует антивибрационным требованиям 2000 Гц в сценариях использования транспортных средств.
|
|
Радиочастотная плата спутниковой связи на базе PI: с использованием полиимидной высокочастотной-подложки, диапазон рабочих температур составляет от -60 до 125 градусов, среднее время безотказной работы (среднее время между сбоями) больше или равно 100 000 часов и может стабильно передавать радиочастотные сигналы 15 ГГц в экстремальных космических условиях.
Области применения
Обычные печатные платы с отработанными процессами и чрезвычайно высокой-экономической эффективностью охватывают подавляющее большинство низкочастотных-неРЧ-сценариев общего-назначения:
В области бытовой электроники: плата управления обычной бытовой техникой, часть цифровой схемы интеллектуальных носимых устройств, нерадиочастотная плата управления умным домом.
Область промышленного управления: обычные контроллеры ПЛК, платы силового привода для промышленных роботов, платы обработки сигналов невысокоточных промышленных датчиков.
Область защиты потребителей: основная плата управления для обычных камер, нерадиочастотная схема управления для систем контроля доступа.
ВЧ-платы – это незаменимая продукция в-высокочастотных сценариях, при этом основные приложения сосредоточены в областях, где требуется чрезвычайно высокое качество передачи сигнала:
Поле беспроводной связи: радиочастотный блок базовой станции 5G/6G, радиочастотный модуль маршрутизатора WiFi 7, приемопередатчик спутниковой связи.
Область автомобильной электроники: радар миллиметрового диапазона 77 ГГц, радиочастотная схема T-BOX, устанавливаемая на транспортном средстве, модуль связи Bluetooth/5G автомобильного класса.
Аэрокосмическая и оборонная области: бортовая радиолокационная плата, модуль ракетной связи, плата приема сигналов спутниковой навигации.
Область медицинского оборудования: схема передачи сигналов для платы магнитно-резонансной радиочастотной катушки и оборудования для высокочастотной терапии.
Практические предложения по выбору отрасли
Не гонитесь слепо за «высокопроизводительными платами»: если рабочая частота вашего проекта ниже 100 МГц и нет строгих требований к контролю импеданса, использование обычной печатной платы fr4 может полностью удовлетворить ваши потребности. Принудительный выбор ВЧ-плат из ПТФЭ только увеличит затраты в 3-5 раз и не будет иметь практической ценности;
Не используйте обычный fr4 для «подбора цифр» в радиочастотных сценариях: многие инженеры пытаются использовать обычный fr4 вместо высокочастотных плат в проектах радиочастот выше 2 ГГц, чтобы снизить затраты. Однако в конечном итоге это приводит к таким проблемам, как чрезмерная потеря сигнала, недостаточное расстояние связи и гармонические помехи, которые могут значительно увеличить общую стоимость отладки проекта и даже не пройти сертификационные испытания.
Печатные платы fr4, высокая частота