Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Рис. 1. Микрополосковая линия, экранированная заграждениями на печатной плате.

Через забор , также называемый забор , является структурой , используемой в планарных технологий электронной схемы , чтобы улучшить изоляцию между компонентами , которые иначе были бы соединены с помощью электромагнитных полей . Он состоит из ряда сквозных отверстий, которые, если они расположены достаточно близко друг к другу, образуют барьер для распространения электромагнитных волн плоских мод в подложке. Кроме того, если излучение в воздухе над платой также должно подавляться, то полосовая прокладка со сквозным ограждением позволяет электрически прикреплять экран к верхней стороне, но электрически вести себя так, как если бы он продолжался через печатную плату.

Современная электроника имеет компоненты и узлы с высокой плотностью для достижения небольших размеров. Обычно многие функции интегрируются на одной плате или кристалле . Если они не экранированы должным образом друг от друга, может возникнуть множество проблем, включая плохую частотную характеристику, шумовые характеристики и искажения.

Промежуточные ограждения используются для экранирования микрополосковых и полосковых линий передачи , ограждения кромок печатных плат, экранирования функциональных схемных блоков друг от друга, а также для формирования стенок волноводов, интегрированных в планарный формат. Проходные заборы дешевы и просты в установке, но занимают место на доске и не так эффективны, как массивные металлические стены.

Цель [ править ]

Планарные технологии используются на сверхвысоких частотах и ​​используют дорожки с печатной схемой в качестве линий передачи. Помимо соединений, эти линии могут использоваться для формирования компонентов функциональных блоков, таких как фильтры и ответвители . Плоские линии легко соединяются друг с другом, когда они находятся в непосредственной близости, этот эффект называется паразитной связью . Связь происходит из-за окаймляющих полей.распространение от краев линии и пересечение соседних линий или компонентов. Это желательная функция внутри устройства, где она используется как часть дизайна. Однако нежелательно, чтобы поля соединялись с соседними блоками. Современные электронные устройства обычно должны быть небольшими. Это, а также стремление к снижению затрат приводит к высокой степени интеграции и расположению схемных блоков в менее желательной близости. Использование заборов - это один из методов, который можно использовать для уменьшения паразитной связи между такими блоками. [1]

Среди множества проблем, которые могут быть вызваны паразитной связью, можно выделить уменьшение полосы пропускания , ухудшение ровности полосы пропускания , уменьшение выходной мощности усилителя, увеличение отражений , ухудшение коэффициента шума , вызывая нестабильность усилителя и создание нежелательных путей обратной связи. [2]

В полосковой линии через заборы, идущие параллельно линии с обеих сторон, служат для связывания наземных плоскостей, таким образом предотвращая распространение мод параллельных пластин. [3] Подобное устройство используется для подавления нежелательных мод в копланарном волноводе с металлической подложкой .

Структура [ править ]

Рисунок 2. Схема микрополоски через забор.

Переходное ограждение состоит из ряда сквозных отверстий , то есть отверстий, которые проходят через подложку и металлизированы изнутри для подключения к контактным площадкам сверху и снизу подложки. В полосковом формате верх и низ диэлектрического листа покрыты металлической заземляющей пластиной, поэтому любые сквозные отверстия автоматически заземляются с обоих концов. В других планарных форматах, таких как микрополосковыезаземляющий слой находится только внизу подложки. В этих форматах обычно соединяются верхние площадки переходного ограждения металлической направляющей (см. Рисунок 2). Это все еще не полностью ограждает поле, как это можно сделать в полосе. В полосковой линии поле может распространяться только между плоскостями заземления, но в микрополосковой полоске оно может протекать через ограждение переходного отверстия. Тем не менее, подключение верхних контактных площадок улучшает изоляцию на 6-10 дБ . [2] В некоторых технологиях удобнее формировать ограждение из проводящих столбов, а не из переходных отверстий. [4]

Рис. 3. Отливка с металлическими стенками для размещения на микрополоске через ограждения.

Изоляцию можно дополнительно улучшить, поместив металлическую стену поверх проходного ограждения. Эти стенки обычно являются частью корпуса устройства. Большие отверстия в переходных ограждениях, показанные на рисунках 1 и 5, представляют собой отверстия для винтов для закрепления этих стен на месте. Отливка стены, относящаяся к этой схеме, показана на рисунке 3. [5]

Рисунок 4. Эквивалентная схема через отверстие

При проектировании ограждения необходимо учитывать размер переходных отверстий и расстояние между ними. В идеале переходные отверстия должны действовать как короткие замыкания, но они не идеальны, и эквивалентную схему перехода можно смоделировать как шунтирующую индуктивность. Иногда требуется более сложная модель, такая как эквивалентная схема, показанная на рисунке 4. L 1 обусловлен индуктивностью контактных площадок, а C - емкостью между ними. R и L 2 - соответственно сопротивление и индуктивность металлизации сквозных отверстий. Необходимо учитывать резонансы, в частности параллельный резонанс C и L 2.позволит электромагнитным волнам проходить на резонансной частоте. Этот резонанс необходимо размещать за пределами рабочих частот соответствующего оборудования. Расстояние между ограждениями должно быть небольшим по сравнению с длиной волны (λ) в диэлектрике подложки, чтобы ограждение казалось твердым для падающих волн. Если они будут слишком большими, волны смогут проходить через щели. Общее практическое правило - делать интервал меньше λ / 20 при максимальной рабочей частоте. [6]

Приложения [ править ]

Рис. 5. Через заграждения, защищающие край печатной платы.

Переходные ограждения используются в основном на радиочастотах и микроволновых частотах везде, где применяются планарные форматы. Они используются в технологиях печатных схем, таких как микрополосковые, в керамических технологиях, таких как низкотемпературная керамика с совместным обжигом , в монолитных микроволновых интегральных схемах и в технологии систем на корпусе . [7] Они особенно важны при разделении цепей, работающих на разных частотах.

Также называется сшиванием , сквозные ограждения могут использоваться по краю печатной платы, пример можно увидеть на рисунке 5. Это может быть сделано для предотвращения электромагнитных помех с другим оборудованием или даже для предотвращения повторного проникновения излучения из другого места. по той же схеме. [8]

Переходные ограждения также используются в стенных волноводах , также известных как ламинированные волноводы (LWG). [9] В LWG две параллельные перегородки образуют боковые стенки волновода. Между ними, а также верхней и нижней плоскостями заземления подложки находится электромагнитно изолированное пространство. В этом пространстве нет электрического проводника, но электромагнитные волны могут существовать в закрытом диэлектрическом материале подложки, и направление их распространения определяется LWG. Эта технология обычно используется на частотах миллиметрового диапазона, и поэтому размеры довольно малы. Кроме того, хорошая изоляция требует, чтобы переходные отверстия были близко расположены. Обычно между направляющими требуется изоляция 60 дБ , т. Е.30 дБ на забор. Типичная спецификация ограждения диапазона W ( 75–110 ГГц ), отвечающая этому требованию в LWG, - это переходные отверстия 0,003 дюйма (76 мкм), расположенные между центрами на расстоянии 0,006 дюйма (150 мкм). Это может быть непросто в изготовлении, и более высокая плотность переходных отверстий иногда достигается путем построения ограждения из двух расположенных в шахматном порядке рядов переходных отверстий. [10]

Преимущества и недостатки [ править ]

Через заборы дешево и удобно. При использовании в плоских форматах они не требуют дополнительных процессов для производства. Например, на печатной плате они изготавливаются в том же процессе, что и рисунки дорожек. Однако через заборы невозможно подойти к изоляции, достижимой с помощью сплошных металлических стен. [11]

Через заборы израсходуется много ценного субстрата, что увеличит общий размер конструкции. Через заборы, расположенные слишком близко к охраняемой линии, может ухудшиться изоляция, достижимая в противном случае. При использовании полосовой линии практическое правило заключается в размещении ограждений на расстоянии не менее четырехкратного расстояния от трассы до плоскости земли от охраняемой линии. [12]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Баль, страницы 290-291
  2. ^ a b Bahl, стр. 291
  3. ^ Харпер, страница 3.21
  4. ^ Харпер, страница 3.20
  5. ^ Пончак и др. , стр. 349
  6. ^ Несколько источников:
    • Bahl, страницы 290, 296
    • Харпер, страницы 3.20–3.21
  7. ^ Баль, страницы 290, 291
  8. ^ Archambeault, страницы 215-216
  9. ↑ Пао и Агирре, стр. 585
  10. ^ Pao и Агирре, страницы 586-589
  11. ^ Archambeault, страница 216
  12. ↑ Иоффе и Лок, стр. 838

Библиография [ править ]

  • Аршамбо, Брюс, Дизайн печатной платы для реального управления электромагнитными помехами , Springer, 2002 ISBN  1402071302 .
  • Бахл, Индер, Сосредоточенные элементы для ВЧ- и СВЧ-схем , Artech House, 2003 ISBN 1580536611 . 
  • Харпер, Чарльз А., Высокопроизводительные печатные платы , McGraw Hill Professional, 2000 ISBN 0070267138 . 
  • Иоффе, Эля Б .; Lock, Kai-Song, Grounds for Grounding: A Circuit to System Handbook , John Wiley & Sons, 2010 ISBN 9780471660088 . 
  • Пао, Хсеух-Юань; Агирре, Джерри, «Фазированная решетка», в Duixian Liu; Пфайффер, Ульрих; Гжиб, Януш; Гоше, Брайан; Передовые технологии миллиметрового диапазона: антенны, упаковка и схемы , John Wiley & Sons, 2009 ISBN 047074295X . 
  • Пончак, Г.Е .; Тенцерис Е.М.; Папаполимеру, Дж., «Связь между микрополосковыми линиями, встроенными в полиимидные слои для 3D-MMIC на Si» , IEE Proceedings - Microwaves, Antennas and Propagation , volume 150, issue 5, pages 344-350, October 2003.