5G PCB: печатные платы, поддерживающие технологию 5G

После значительного коммерческого прорыва технологии 5G в 2019 году многие страны запустили свои сети 5G. Эти события оказали глубокое влияние на сферу коммуникаций. Наряду с внедрением технологии Active Antenna Unit (AAU), которая включает в себя высокоинтегрированные радиочастотные модули в конструкции базовых станций, использование частотного диапазона mmWave стало ключевым аспектом. Этот частотный диапазон обеспечивает большую пропускную способность и более высокую скорость передачи данных, что делает его ключевым фактором для сетей 5G. Для эффективной поддержки этих частотных диапазонов необходимы более совершенные антенные системы и 5G PCB стали незаменимыми. В этой статье FS Technology погрузится в мир 5G-интегрированных печатных плат и предоставит полный набор рекомендаций по проектированию, которые помогут в реализации Вашего проекта.

Интеграция технологии 5G и печатных плат

Что такое 5G

Несмотря на распространенное мнение о том, что технология 5G в первую очередь обеспечивает более быструю потоковую передачу видео и более высокую стоимость передачи данных, ее влияние выходит далеко за рамки простого развлечения. Технология 5G способна изменить различные аспекты человеческой жизни, включая, в частности, автономное вождение, передовую телемедицину и иммерсивное виртуальное проецирование.

5G, сокращение от пятого поколения сетей мобильной связи, представляет собой значительную эволюцию в сетевых технологиях. Переход от 1G к 5G, по сути, включает в себя изменение частот радиоволн. Более высокие частоты обеспечивают большую пропускную способность и, следовательно, способствуют более быстрой передаче данных. Это фундаментальное изменение лежит в основе разительного контраста между 4G, средняя скорость которого составляет 100 Мбит/с, а задержка - 30-50 мс, и 5G, который может похвастаться скоростью до 10 Гбит/с при задержке всего 1 мс.

Что такое печатная плата

Печатная плата, или печатная плата, считается основным компонентом современной электроники, и она классифицируется как высокочастотная печатная плата в области 5G. В традиционных приложениях основная обязанность печатной платы заключается в поддержке компонентов и обеспечении электрических соединений, но в 5G этого далеко не достаточно.

Сигналы 5G в основном работают в диапазонах высокочастотных и миллиметровых волн, что требует превосходных возможностей передачи сигнала с минимальными потерями. Кроме того, требования к низкой задержке в приложениях 5G создают уникальные проблемы и ограничения для обычных печатных плат.

Высокочастотные печатные платы - это специально разработанные печатные платы, адаптированные к требованиям передачи высокочастотных сигналов. Благодаря использованию материалов с низкими потерями, точному контролю импеданса, ВЧ-фильтров и конструкции ВЧ-антенн, эти печатные платы тщательно разработаны для удовлетворения самых строгих потребностей технологии 5G.

Проблемы проектирования печатных плат 5G и их решение

Целостность передачи сигнала

Повышенные требования к печатным платам для приложений 5G ставят перед разработчиками и производителями двойные задачи - высокая частота и миниатюризация. Для решения этих задач основная стратегия предполагает использование более тонких трасс для оптимизации ввода/вывода в конструкции. Однако использование таких тонких трасс предъявляет повышенные требования к Возможности производства печатных плат производителей и влечет за собой риск ослабления сигнала. В этом контексте традиционный процесс травления сталкивается с трудностями, потенциально приводящими к появлению поперечных дефектов трассировки, которые нарушают импеданс и, как следствие, влияют на целостность сигнала в печатной плате 5G.

Для решения этих проблем производители должны усовершенствовать технологию микрофабрикации, чтобы обеспечить точность проводки. Кроме того, создание многочисленных контрольных точек, таких как AOI и X-Ray, имеет решающее значение для оценки качества изготовления как внутренних, так и внешних слоев.

Совместимость с приемом сигнала

После всесторонней проверки Massive MIMO стала оптимальной технологией для достижения прорыва в скорости передачи сигнала. Это многоантенная технология, которая увеличивает количество антенн как на базовых станциях, так и на терминалах, что приводит к значительному повышению производительности беспроводных сетей. Однако она также создает проблемы совместимости и ставит новые задачи.

Традиционная печатная плата рассчитана на работу в приемлемом диапазоне частот от 600 МГц до 5,925 ГГц, используя каналы с полосой пропускания 20 МГц. В отличие от этого, сигналы 5G могут распространяться на частоты mmWave, достигая 28 ГГц, 30 ГГц и даже до 77 ГГц. Более того, информационные системы 5G способны работать с частотами как ниже 6 ГГц, так и выше 400 МГц с точки зрения пропускной способности каналов.

Чтобы адаптироваться к этим изменениям в приеме сигнала, разработчики должны не только контролировать импеданс медных дорожек печатной платы, но и модернизировать материал подложки. Обычные подложки, как правило, имеют диэлектрические постоянные в диапазоне от 3,5 до 5,5. Очевидно, что удовлетворение жестких требований, предъявляемых к подложкам для печатных плат 5G, может оказаться непростой задачей, что потребует поиска более совершенных материалов для обеспечения совместимости с приемом сигнала.

EMI Электромагнитные помехи

Интеграция высокочастотных сигналов в печатные платы 5G требует проактивного подхода к решению потенциальных проблем электромагнитных помех на этапе проектирования. Разработчики должны предложить решения для эффективного смягчения этих проблем.

Применение соединителей-фильтров для подавления как кондуктивных, так и радиационных помех является вполне приемлемым решением. В настоящее время такие стандартные для отрасли варианты, как прямоугольные фильтрующие соединители TE DEUTSCH, Smiths Interconnect и AVIC Optoelectronics, широко признаны в качестве лучших вариантов. Если возникают проблемы с закупкой компонентов, Технология FS команда по закупкам может оказать помощь. Мы предлагаем услуги по закупке комплектующих по конкурентоспособным ценам, обеспечивая поставку компонентов по надежным каналам.

Вторая стратегия связана с оптимизацией маршрутизации. Это подразумевает добавление экранирования к критическим сигнальным линиям, соблюдение принципов вертикальной и горизонтальной маршрутизации, минимизацию длины трасс и т.д. Очень важно, чтобы меры по оптимизации последовательно согласовывались с Правила проектирования печатных плат чтобы предотвратить ненужные осложнения.

При разработке печатных плат 5G первостепенное значение имеет проведение тщательного постпроектного анализа. Это включает в себя тщательную проверку замкнутых и разомкнутых контуров трасс для устранения потенциальных петлевых антенн. Кроме того, очень важно проверить близость развязывающих конденсаторов к выводам источника питания, минимизируя при этом площадь, занимаемую трассами питания и заземления.

Терморегуляция

Требования технологии 5G, в частности, необходимость в более высоких скоростях передачи сигнала, приводят к тому, что PCBA потребляют больше ресурсов и выдерживают большие токи во время работы. Такой повышенный ток несет в себе риск выделения избыточного тепла на поверхности платы. Кроме того, печатные платы 5G характеризуются высокочастотными, высокоскоростными и высокоплотными конструкциями. Такая плотная компоновка компонентов может привести к проблемам накопления тепла и препятствовать эффективному отводу тепла. В конечном итоге, эти проблемы могут проявиться в виде таких проблем, как отслоение медных проводов, расслоение, усадка и коробление из-за недостаточного отвода тепла.

Для борьбы с проблемами, связанными с нагревом, можно использовать несколько стратегий. Во-первых, выбор подходящего материала подложки имеет решающее значение. Такие материалы, как ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА IMSс теплопроводностью, в 8-12 раз превышающей теплопроводность FR-4обеспечивают превосходные возможности управления температурой. Во-вторых, необходимо реализовать хорошо продуманную конструкцию отвода тепла, которая может включать использование медных слоев, термопрокладок, радиаторов и других решений для охлаждения. Не менее важным является проведение тестов теплового моделирования печатной платы 5G после завершения проектирования. Такое моделирование помогает проанализировать распределение тепла между различными компонентами и областями, позволяя разработчикам выявлять и решать потенциальные тепловые проблемы на упреждающем этапе.

Мы будем рады услышать от Вас