Linee Guida di Design PCB per Circuiti Ad Alta Frequenza in Radar per Automobili & Applicazioni 5G

 smartphone with 5G on screen

Una delle ultime evoluzioni della generazione futura nelle linee guida dei design PCB 5G è essere guidata da due tecnologie emergenti, i network 5G e automobili abilitate al sistema di guida assistita (ADAS). Entrambe queste tecnologie utilizzano qualcosa da tempo temuto dai progettisti PCB, la banda a frequenza estremamente alta (EHF). Continua a leggere e prepara le tue basette per un futuro ad alta frequenza. 

Stamattina ho avuto una strana visione mentre camminavo per strada. Un lungo cavo aggrovigliato delle cassette VHS rotolava lungo la strada, spinto dal vento. Mi ha riportato al tempo di Blockbusters e dei macchinari a riavvolgimento. Se pensi che quelle macchine di riavvolgimento fossero veloci, le innovazioni dell’elettronica di oggi ti faranno girare la testa. Faresti meglio a preparare le tue basette per un futuro ad alta frequenza prima che finiscano come le BetaMax e gli stereo portatili.

 

magnetic tape reel

Grazie a Dio ci siamo liberati di tutto ciò.  

Perché Utilizziamo Le Onde Millimetriche? 

Non erano buone abbastanza le RF e le frequenze Microonde, perchè ci stiamo spostando nelle frequenze EHF? Ci sono due progressi che ci spingono nelle frequenze più alte, 5G e i radar ADAS.

  • 5G - Le Compagnie di Telecomunicazione contano sul fatto di portarci dalle velocità e latenza 4G/LTE di oggi alla più veloce, più brillante 5G di domani. I network cellulari di oggi ci danno velocità di download di un posto nell’ordine di 10 megabits per secondo e latenze attorno ai  70 ms. Il 5G sarà un enorme salto, fino a 10 Gbps in download con latenze sotto i 10 ms. Tutto ciò è possibile perché il 5G opererà nello spettro EHF. Bande di frequenza più larghe permettono latenze più basse e frequenze più veloci ci danno un veloce trasferimento dati. Il settore aspetta che il 5G inizi ad essere applicato da qualche parte all’incirca nel 2018. Per allora, dovrai tenerti pronto ad affrontare i segnali a lunghezza d’onda millimetrica (mm).

  • Radar ADAS - Una tecnologia che è già presente è il radar per i veicoli con predisposizione ADAS. I radar di rilevamento della collisione erano soliti funzionare sotto i 30GHz, ma di recente lo standard si è spostato fino a 77 GHz. Visto che i produttori costruiscono più auto con funzionalità ADAS, possiamo aspettarci di vedere più sistemi radar che guidano in giro per le nostre strade. Se vuoi progettare materiali per circuito PCB che gestiscano qualsiasi tipo di radar per auto, dovresti essere pronto a lavorare con i segnali EHF. 

Man mano che entrambe queste cose crescono, è necessario sapere sempre di più su come affrontare le loro frequenze di operatività. Questa è la parte dove ti fornisco un po’ di materiale e linee guida di design per aiutarti a cavartela con il cambiamento rapido nell’ecosistema PCB. 

Linee Guida sul Materiale 

Ho appena scritto su come scegliere quale materiale utilizzare per le tue basette ad alta frequenza. In ogni caso, le frequenze di cui parliamo sono un po’ più alte del normale, così ti ribadirò un po’ di punti. 

  • Costante Dielettrica Molto Bassa (Dk) - Noi ingegneri spesso troviamo qualcosa che funziona e ci fossilizziamo. Può darsi che hai fatto un salto di livello con le tue basette ad alta frequenza dal FR4 e hai scoperto che vanno bene per l’EHF. Per le onde millimetriche devi utilizzare materiali con la più bassa Dk possibile. La perdita di Dk aumenta proporzionalmente con la frequenza. Ciò significa che una Dk moderatamente bassa non è più accettabile. 

  • Maschera di Saldatura Molto Piccola - Potresti chiedere al tuo fornitore riguardo l’assorbimento di umidità del tuo substrato, ma dubito che chiederai sulla maschera di saldatura. La maggior parte delle maschere di saldatura hanno un alto assorbimento, permettendo loro di bagnarli, che ha una Dk di 70. Una maschera di saldatura umida introdurrà alte perdite nel tuo circuito a onda millimetrica. Dovresti utilizzare una maschera di saldatura quanto più piccola possibile su questi prototipi di design PCB. 

Rame Molto Regolare - Il tuo rame deve essere quanto più liscio possibile su queste basette. Lo spessore della pelle per corrente a queste frequenze è molto poco profondo. Quindi poco profondo, che è talvolta nell’ordine di montagne e valli che rendono una ruvida superficie. Il rame ruvido fornirà alla tua corrente un percorso più lungo, aumentando le perdite resistive. Utilizza rame liscio.

 

self-driving car on road

Il radar auto ADAS ci richiederà di imparare nuove tecniche di progetto. 

Linee Guida Fisiche 

Assieme alle considerazioni sul materiale, hai bisogno di pensare alla geometria e altre specifiche fisiche. Due cose importanti a cui pensare sono lo spessore del laminato e le caratteristiche della linea di trasmissione. 

  • Spessore del Laminato - Non solo hai bisogno di selezionare il giusto tipo di laminato, devi selezionare il giusto spessore per il laminato. Generalmente vuoi che lo spessore del tuo laminato sia da qualche parte fra ¼ ed ⅛ della lunghezza d’onda della frequenza di operazione più alta. Se il tuo laminato è troppo spesso, può risuonare ed anche propagare le sue proprie onde. Ricorda che lo spessore del laminato può influenzare la larghezza del tuo conduttore, quindi un fattore nella tua decisione. 

  • Caratteristica della Linea di Trasmissione - A proposito delle linee di trasmissione, dovrai decidere quale tipo di conduttore vuoi: microstrip, stripline, o guida d’onda complanare a terra (GCPW). Il Microstrip è probabilmente il più familiare, ma ha problemi con fallaci modalità di propagazione e perdite radiali sopra i 30 GHz. La GCPW è una buona scelta, ma soffrirà maggiori perdite del conduttore rispetto ad un microstrip o stripline. Lo Stripline è grandioso, ma può essere difficile da produrre, aumentando i costi. Inoltre, avrai bisogno di utilizzare microvia per connettere la stripline agli strati esterni con riflessioni minime di segnale. Le Microvia sono difficili da fabbricare, quindi se scegli quest’opzione collabora con il tuo produttore per ridurre potenziali difetti.

A tutti noi fan della tecnologia piace discutere. Prima, era la BetaMax contro la VHS, poi Blu-ray vs HD DVD, poi Firewire vs USB, etc. Fortunatamente per noi, non saremo capaci di discutere contro le altre frequenze nella prossima generazione di strati PCB. Un aumento della velocità di trasferimento dati e le evoluzioni delle tecnologie quali 5G e le auto fornite di ADAS stanno aumentando anch’esse le frequenze. Ora dobbiamo solo imparare come porci a riguardo. Dovrai essere attento su quali materiale di Circuiti Stampati utilizzerai per questi nuovi progetti ad alta frequenza. Dovrai gettare un occhio anche sulle caratteristiche fisiche dei tuoi circuiti. 

Il futuro a volte può essere un po’ minaccioso, ma fortunatamente non devi affrontarlo da solo. Un grande software di design PCB, come Altium Designer®, può aiutarti a padroneggiare le tecniche di domani. Altium Designer ha una grande gamma di strumenti avanzati per rendere il design facile per gli ingegneri come te. 

Hai maggiori domande riguardo il design di un circuito EHF? Chiama un esperto ad Altium.

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PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

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