Perdita di inserzione del PCB

Che cos'è la perdita di inserzione dei circuiti stampati?

Scheda di circuito caricata

"Perdita di inserzione" comunemente indica la diminuzione dell'intensità del segnale che si verifica quando il segnale attraversa i componenti e i cablaggi a livello di sistema, nonché le tracce sui circuiti stampati (PCB) all'interno di sistemi che operano a velocità elevate di 3GHz o più, comprese le fibre ottiche e gli stack-up di PCB. 

Spesso sinonimo di "attenuazione", la perdita di inserzione quantifica l'indebolimento di un segnale durante la trasmissione attraverso un collegamento ottico o una linea di trasmissione. Questo valore è generalmente rappresentato in decibel (dB).

L'importanza della perdita di inserzione nei PCB

La perdita di inserzione è importante soprattutto alle alte frequenze, dove porta all'attenuazione e alla distorsione del segnale. Il segnale subisce un'attenuazione dovuta alla resistenza del conduttore e alle perdite nel materiale del laminato, mentre la distorsione dell'impulso si verifica quando la perdita influisce in modo diseguale sulle armoniche del segnale. 

Poiché la perdita dipende dalla frequenza, le armoniche più alte subiscono una maggiore attenuazione. L'effetto netto è che il segnale che arriva al carico è una versione distorta dell'originale, con un'alterazione sia dell'ampiezza che della forma.

Rivolgetevi a PCBPit per le soluzioni PCB all-in-one >>.

Catalizzatori della perdita di inserzione nei PCB

Per chi non conosce i sistemi RF, il concetto di onda può sembrare un po' astratto. Tuttavia, i suoi principi di progettazione estendono quelli impiegati nei progetti di circuiti stampati a bassa frequenza. La perdita di inserzione su PCB è principalmente il risultato della variazione di impedenza lungo un'interconnessione. La misura della perdita di inserzione quantifica il grado di degradazione del segnale nei punti di discontinuità dell'impedenza.

  • Perdite di rame: Le perdite di rame derivano dalla dissipazione di potenza che si verifica a causa della conduzione lungo le superfici dei connettori. Questo problema è tipicamente legato alla qualità della placcatura e alla scelta del materiale del circuito stampato.
  • Perdite dielettriche: Le perdite dielettriche sono dovute alla dissipazione di potenza all'interno dei materiali dielettrici del PCB.
  • Perdite riflesse: Le perdite riflesse si verificano a causa del rapporto di tensione e onda stazionaria (VSWR) del connettore lungo le linee di trasmissione. Si verificano quando il carico non riesce ad assorbire la potenza, provocando una riflessione dell'energia lungo la linea.

Per i circuiti stampati nello spettro delle frequenze più basse, da 3Ghz a 5Ghz, il disadattamento dell'impedenza è il principale responsabile della perdita di segnale. Tuttavia, quando ci si avventura verso frequenze molto più elevate, da 10Ghz a 30Ghz e oltre, la costante dielettrica, determinata dai materiali utilizzati, diventa il problema principale che causa la perdita di inserzione. Pertanto, la scelta dei materiali del nucleo, del preimpregnato e della lamina di rame è fondamentale quando si costruisce lo stack-up del PCB.

Nei sistemi Wave, i vias spesso creano il maggior numero di disturbi, in quanto possono introdurre discontinuità di impedenza nelle interconnessioni a impedenza controllata. Per le transizioni di strato nei progetti di PCB multistrato si utilizzano vari tipi di vias: ciechi, interrati o a foro passante. Tutti questi tipi di interconnessione presentano elementi parassiti che inducono perdite di inserzione alle alte frequenze.

L'esame di una traccia di riflettometria nel dominio del tempo di un'interconnessione Wave da un coupon di prova può talvolta rivelare una caduta di impedenza capacitiva in corrispondenza dei fori passanti placcati per le transizioni di strato. Questi cali di impedenza sono problematici per due motivi. In primo luogo, causano riflessioni che possono provocare onde stazionarie e forti EMI irradiate. In secondo luogo, riducono il livello di segnale che può raggiungere il carico finale, ovvero causano una perdita di inserzione.

Ottimizzazione della perdita di inserzione nei PCB

Affrontare il problema della perdita di inserzione è fondamentale nella progettazione di un PCB ad alta velocità adatto alle vostre esigenze specifiche. Riconoscere i problemi alla base della perdita di segnale consente di selezionare con precisione i materiali per lo stack-up, influenzando la tenuta della trama del vetro, la densità della resina e lo spessore del PCB. Riassumendo, quando si progetta lo stack-up di un PCB si deve tenere conto di quanto segue:

  • Scegliere opzioni di rame a basso profilo, come il rame ED a bassissimo profilo o l'ossido alternativo, per ridurre al minimo l'effetto pelle e la rugosità della superficie.
  • Optate per trame in fibra di vetro più strette per migliorare le costanti dielettriche o, in alternativa, angolate le tracce di rame su trame più lasche per mantenere l'integrità del segnale.
  • Scegliete materiali che offrano costanti dielettriche basse e che gestiscano senza problemi un'ampia gamma di segnali attraverso risposte in frequenza piatte.
  • Utilizzare i materiali con la minore perdita di proprietà dielettriche e limitare la portata per limitare i fattori di dissipazione.

Considerazioni diverse: Perdita di inserzione vs. perdita di ritorno del connettore

I connettori rappresentano solo uno dei tanti elementi della linea di trasmissione di un percorso di segnale di un sistema a più schede, che si trova tra il trasmettitore e il ricevitore. Nelle discussioni sulle interconnessioni, i vias sono spesso indicati come perturbatori induttivi dell'impedenza. Assomigliano a induttori alle alte frequenze e possono causare riflessioni se non sono progettati correttamente. Ma i connettori si comportano in modo simile, agendo come linee di trasmissione in miniatura con una propria impedenza che può influire sull'interazione del segnale.

Nonostante il desiderio di avere connettori perfetti, la realtà è che essi introducono perdite di ritorno e di inserzione. Questa perdita deriva da un disadattamento dell'impedenza, dovuto principalmente alle piazzole a montaggio superficiale dei connettori. Anche i connettori a foro passante contribuiscono alla perdita di inserzione, con i pin che introducono discrepanze di impedenza induttiva e capacitiva.

Le piazzole dei connettori SMD spesso aumentano la capacità per lunghezza quando sono accompagnate da rame più largo, il che riduce di conseguenza l'impedenza caratteristica della traccia alla piazzola del connettore. Questa differenza di impedenza capacitiva causa la riflessione del segnale, che culmina nella perdita di ritorno del connettore e nella perdita di inserzione.

Scegliete PCBPit per le soluzioni di assemblaggio di PCB all-in-one ora >>

Condividi:

Altri post

Scheda PCB

Capire le gocce di teardrop PCB: Una guida completa

Capire le gocce di PCB: Una guida completa Cosa sono le goccioline di PCB? I teardrops su PCB sono piccoli allargamenti a forma di goccia nel punto in cui una traccia (o tracciato) si incontra con il circuito stampato.

Dita d'oro per PCB

Cosa sono le dita d'oro dei PCB?

Che cos'è il Gold Finger per circuiti stampati? I circuiti stampati (PCB) sono la spina dorsale della maggior parte dei dispositivi elettronici e collegano i componenti con una serie di percorsi elettrici. Uno

it_ITItaliano