Khi đặt một lỗ xuyên được mạ qua kết nối mmWave trên PCB, bạn đang thêm một phần tử vào đường dây được kiểm soát trở kháng và bạn phải xem xét các hậu quả về tính toàn vẹn tín hiệu của điều đó. Điều này đã thách thức thiết kế trong việc giải quyết các vấn đề như sau:

• Thiết kế “Through-holes” để đạt trở kháng đầu vào là 50 Ohms trong băng thông tín hiệu (hoặc một số giá trị trở kháng hệ thống khác )

• Đảm bảo mức suy giảm nằm trong giới hạn chấp nhận được trong băng thông tín hiệu

• Nếu kết nối được khớp pha với một thứ khác trong thiết kế, thì cần phải biết độ trễ lan truyền qua đường “Through-holes”

• Tần số của riêng bậc thấp nhất trong cấu trúc “Through-holes” phải cao hơn bước sóng tín hiệu để đảm bảo tính liên tục trong cấu trúc “Through-holes”.

Điểm đầu tiên là một lý do khiến bạn không thể tin tưởng “ impedance calculator ” trong PCB mmWave. Bất kỳ “Through-holes” nào cần hỗ trợ tín hiệu trên khoảng 3 GHz đều không thể được thiết kế phù hợp với “ impedance calculator ” đơn giản mà bạn sẽ tìm thấy trên các công cụ trực tuyến.

Theo một số cách, vias mạ xuyên lỗ trên kết nối mmWave dễ lập mô hình và dễ hiểu hơn nhiều so với tín hiệu kỹ thuật số có băng thông tương đương. Ở tần số mmWave, băng thông tín hiệu của bạn nhỏ hơn nhiều so với tín hiệu kỹ thuật số tương đương, mặc dù tần số mmWave có thể cao hơn Nyquist của luồng bit kỹ thuật số. Ví dụ, hãy xem xét mạng 400G; chạy ở tốc độ dữ liệu này yêu cầu sử dụng nhiều làn tín hiệu hoạt động ở tốc độ 25 đến 50 Gbps (tương ứng là 16 hoặc 8 làn) với điều chế NRZ hoặc PAM-4. Băng thông của các tín hiệu kỹ thuật số tốc độ cao này được trải rộng trong khoảng nửa thập kỷ, trong khi tín hiệu mmWave đã điều chế có băng thông hẹp hơn nhiều. Ví dụ, trong radar ô tô FMCW 77 GHz, băng thông tín hiệu chỉ là 5 GHz hoặc chỉ ~5% tần số sóng mang. Về mặt phân tích, điều này có nghĩa là bạn chỉ cần xem xét những gì xảy ra gần tần số sóng mang với giá trị gần đúng bậc nhất.

Giới hạn băng thông trong các dải mmWave được tiêu chuẩn hóa khác nhau. Băng thông tín hiệu của bạn sẽ chiếm một phần băng thông khả dụng trong mỗi băng tần.

Tất cả điều này có nghĩa là việc thiết kế các via chức năng cho tín hiệu mmWave dễ dàng hơn nhiều so với tín hiệu kỹ thuật số tốc độ cao. Bạn chỉ cần lo lắng về việc đạt được mục tiêu trở kháng 50 Ohm trong một băng thông nhỏ, thay vì từ DC cho đến tần số Nyquist của dòng bit.

Các yếu tố phân tán trong cấu trúc via thực sự không phải là các yếu tố phân tán, nhưng chúng kết hợp để xác định tổng trở kháng của cấu trúc via cho một PCB mmWave. Điều này làm cho trở kháng của via lệch rất nhiều so với 50 Ohm ở tần số cao hơn khoảng 2-3 GHz. Các yếu tố phân tán phân tán tạo nên cấu trúc via được hiển thị bên dưới. Sẽ có một số trở kháng bổ sung và tăng trở kháng trên bề mặt dây dẫn (không được bao gồm trong bản vẽ).

Cấu trúc via có một số điện dụng nội tại và tụ điện dung cơ bản, nhưng các tụ điện dung bổ sung từ những dây dẫn xung quanh cấu trúc via. Việc một via có điện dung nội tại là rất dễ hiểu - về cơ bản bạn có một vòng dẫn điện, nhưng điện dung phân tán đến các dây dẫn gần kề làm cho cấu trúc via rất nhạy cảm đến tải điện dung. Về lý thuyết dây truyền tín hiệu, các giá trị mạch này là các yếu tố phân tán, giống như trong một dây truyền tín hiệu.

Trên một đường truyền mmWave, cũng có thể có một via stub. Via stub thực sự tạo thành một đường truyền tín hiệu kết thúc bằng mạch mở, và nó sẽ có một phổ tần số đáp ứng với bước sóng tỉ lệ với chiều dài của stub, và các bội số của tần số cơ bản bằng vô số lẻ. Via stub dư thừa sẽ tạo ra một số sự phản chiếu, tương tự như trên một bo mạch kỹ thuật số.

Phổ trở kháng của một cấu trúc via cho đường truyền mmWave được thiết lập bằng cách thêm các stitching via vào cấu trúc. Điều này đúng cho các chuyển tiếp dựa trên blind via, trong đó có nhiều ví dụ trong tài liệu, cũng như các chuyển tiếp dựa trên through-hole, mà đôi khi bị bỏ qua. Điều quan trọng ở đây là thiết kế bốn khía cạnh:

1. Kích thước via và pad, mà thường vi phạm các hướng dẫn tiêu chuẩn cho việc phân loại lớp 2 / lớp 3.

2. Antipad “Through-holes” các mặt đất trên toàn bộ padstack.

3. Loại bỏ NFP để loại bỏ tải điện dung tốt hơn nửa.

4. Số lượng và sự sắp xếp các via trong cấu trúc.

Hãy xem ví dụ dưới đây, thể hiện một cấu trúc via nhắm vào phạm vi 70-80 GHz. Chúng ta có thể thấy rằng, ở trở kháng thấp (dưới một vài GHz), chúng ta thấy rằng via sẽ hoạt động gần như 50 Ohm; thực tế, điều này thường xảy ra trong hầu hết các cấu trúc via sử dụng các hướng dẫn kích thước via + pad lớp 2 hoặc lớp 3. Ở trên các tần số đó, bạn có thể nhanh chóng thấy rằng cấu trúc này có tính điện dung. Truyền thống cho rằng cấu trúc này sẽ có tính tự cảm, vì vậy điều này có thể minh họa được cấu trúc via nhạy cảm có ảnh hưởng đến tải điện dung từ các stitching via xung quanh và antipad.

Điều này sẽ minh họa hai điểm quan trọng trong thiết kế “Through-holes” cho các kết nối mmWave và chuỗi tín hiệu RF: định kích cỡ phù hợp và triệt tiêu cộng hưởng. Cái sau khá dễ dàng; bạn có thể sử dụng giá trị Dk thấp hơn nếu bạn cần đẩy cộng hưởng lên tần số cao hơn hoặc bạn có thể làm cho cấu trúc nhỏ hơn.

Nếu phải sử dụng các vias mạ xuyên lỗ, từ thông tiêu chuẩn là sử dụng ống dẫn sóng đồng phẳng nối đất (GCPW) trên các lớp bề mặt để định tuyến tín hiệu giữa các thành phần vì hai lý do:

Sự kiện không mất phí tham dự. Đăng ký ngay