Optimasi Desain PCB untuk Sirkuit RF dan EMC di Era 4G

Perkembangan teknologi komunikasi telah menyaksikan aplikasi yang semakin luas sirkuit radio frekuensi (RF) nirkabel seperti dalam bidang ponsel seluler, produk Bluetooth dan sirkuit RF telah menjadi teknologi inti dari propagasi radio. Namun, dalam beberapa tahun terakhir, prevalensi 4G yang semakin meningkat dan peningatan yang jelas dalam orde magnitudo transfer data menimbulkan tantangan pada desain PCB sirkuit RF. Bagaimanapun, jumlah sinyal yang ditransfer oleh sirkuit RF meningkat ratusan kali lipat setiap hari. Selain itu, karena sirkuit RF terutama diterapkan pada perangkat portabel yang memiliki atribut skala kecil dan portabilitas, persyaratan dasar dari seluruh sirkuit adalah volume kecil, perutean yang merata dan wajar serta non-interferensi antara komponen mikro. Namun, tampaknya tidak dapat dihindari interferensi elektromagnetik terjadi antara komponen di dalam ponsel seluler. Jangan khawatir. Beberapa operasi dapat diterapkan untuk mengurangi secara efektif pengaruh yang disebabkan oleh interferensi elektromagnetik. Artikel ini akan membahas desain PCB yang wajar untuk sirkuit RF dan karakteristik desain ini meliputi volume kecil dan kemampuan anti-interferensi yang jelas.

Pemilihan Bahan Substrat

Karena beberapa IC (sirkuit terintegrasi) diimplementasikan pada substrat, substrat yang sesuai harus dipilih untuk sirkuit RF pertama sebagai templat yang membawa komponen elektronik. Dalam hal pemilihan bahan substrat, elemen pertama yang dipertimbangkan meliputi konstanta dielektrik, kerugian dielektrik dan koefisien peregangan termal di antaranya konstanta dielektrik adalah yang paling signifikan karena sangat mempengaruhi impedansi dan kecepatan transmisi sirkuit, terutama sirkuit dengan frekuensi yang sangat tinggi yang memiliki persyaratan ketat terhadap konstanta dielektrik. Oleh karena itu, umumnya merupakan aturan untuk memilih bahan substrat dengan konstanta dielektrik yang relatif kecil.

Prosedur Desain PCB

• Desain Diagram Skematik

Langkah pertama desain PCB adalah merancang diagram skematik, yang harus diselesaikan dengan bantuan komputer. Desain diagram skematik diimplementasikan melalui perangkat lunak desain PCB yang berisi semua komponen analog elektronik. Pertama, diagram sirkuit dirancang dengan mensimulasikan sirkuit nyata dalam komputer. Kemudian, diagram sirkuit harus dihubungkan dengan komponen yang sesuai. Selanjutnya, simulasi operasi diimplementasikan berdasarkan diagram skematik untuk menentukan kelayakan operasi dasar.

• Desain PCB

Setelah desain diagram skematik, pola dan ukuran PCB dapat ditentukan secara ilmiah berdasarkan diagram skematik. Pola dan ukuran PCB dapat dioptimalkan sesuai dengan posisi, dimensi, pola dan parameter lainnya agar seluruh sistem mencapai performa optimal. Dalam proses ini, perlu menentukan posisi lubang penempatan, mata penglihatan dan lubang referensi.

Letakkan semua komponen yang diperlukan. Komponen biasa mudah ditemukan di gudang. Jika komponen tidak tersedia di gudang, perlu membeli atau memproduksi komponen. PCBCart memiliki sistem sourcing komponen profesional dan stabil yang dapat diandari klien. Kemudian, komponen perlu didistribusikan dan perutean dilakukan di sekitarnya. Langkah terakhir adalah mendeteksi operasi sirkuit untuk memastikan bahwa performa sirkuit mampu memenuhi persyaratan dan operasi sirkuit dapat pada dasarnya stabil.

Tata Letak Komponen

Berbeda dengan tata letak komponen biasa, semua komponen dalam sirkuit RF sangat kecil sebagai akibat dari skala kecil sirkuit sehingga SMT (teknologi pemasang permukaan) diterapkan untuk tata letak komponen dan oven reflow inframerah untuk pengolahan komponen mikroelektronik. Pengolahan adalah tautan penting dalam desain sirkuit RF, kualitasnya secara langsung mempengaruhi kualitas keseluruhan seluruh sirkuit. Untuk PCB sirkuit RF, kompatibilitas elektromagnetik yang baik perlu terbentuk antara komponen elektronik, yang merupakan elemen paling layak dipertimbangkan. Radiasi elektromagnetik antara komponen elektronik yang berbeda mempengaruhi operasi independen setiap komponen elektronik sehingga perlu memilih terlebih dahulu komponen dengan kemampuan anti-interferensi.

Selain itu, dalam proses operasi keseluruhan sirkuit, arus dalam sirkuit cenderung menyebabkan pembangkitan medan magnet. Oleh karena itu, dari perspektif sirkuit RF, selain mempertimbangkan interferensi antara komponen, interferensi elektromagnetik sirkuit terhadap sirkuit lain juga harus dipertimbangkan. Tata letak sirkuit makroskopis sangat kritis dan prinsip-prinsip tata letak sirkuit dasar berikut dapat dianggap sebagai referensi.

Pertama, susunan komponen harus diatur dalam satu baris. Penetapan arah sistem pelapisan timbal masuk PCB diterapkan untuk mengurangi masalah yang disebabkan oleh pengolahan longgar. Secara umum, jarak antara komponen harus 0,5 mm atau lebih sehingga pengolahan timbal dapat diimplementasikan di antara komponen. Jika tidak, pengolahan tidak dapat diimplementasikan karena jarak antara komponen terlalu kecil.

Kedua, semua antarmuka harus kompatibel satu sama lain dalam sistem PCB. Kedua posisi, dimensi dan bentuk antarmuka komponen harus dipertimbangkan untuk memastikan koneksi yang lancar di antara mereka. Kompleksitas sirkuit tidak terhindarkan dari adanya perbedaan potensial listrik antara sirkuit. Akibatnya jarak yang kecil di antara perbedaan ini, rangkaian pendek selalu terjadi. Oleh karena itu, komponen dengan potensial listrik tinggi tidak boleh ditempatkan terlalu dekat satu sama lain untuk menghindari terjadinya rangkaian pendek. Perhatian lebih besar harus diberikan dalam lingkungan tegangan tinggi.

Terakhir, struktur sirkuit harus dipertimbangkan dengan hati-hati sebagai keseluruhan dan sirkuit harus dipotong menjadi modul terpisah yang masing-masing memiliki banyak komponen elektronik. Komponen harus didistribusikan sesuai dengan modul yang berbeda. Misalnya, sirkuit penguat frekuensi tinggi atau sirkuit mixer harus ditempatkan bersama dalam proses tata letak sehingga area lingkaran kabel dapat dikurangi secara efektif dan begitu pula konsumsi sirkuit dan radiasi elektromagnetik. Selain itu, mampu mencegah interferensi saling antara modul yang berbeda.

Perutean

Perutean diimplementasikan setelah tata letak dasar, diklasifikasikan menjadi perutean detail dan perutean keseluruhan. Yang pertama merujuk pada perutean di dalam modul berbeda dalam sirkuit. Meskipun perutean detail mungkin terjadi dalam desain IC, perutean detail awal diselesaikan sebelum pembelian komponen. Kadang-kadang hanya modifikasi kecil yang diperlukan.

Perutean keseluruhan merujuk pada perutean saling antara modul berbeda atau perutean jaringan antara daya dan setiap modul. Beberapa aspek harus dipertimbangkan dalam proses perutean keseluruhan. Banyak keterbatasan akan timbul sebagai akibat dari spesialitas posisi dan jarak yang berbeda antara modul. Jika setiap modul dianggap sebagai titik dan koneksi antara titik ditentukan, rencana terbaik dengan panjang perutean terpendek akan dihasilkan untuk menghemat biaya bahan dan membuat sirkuit terlihat sederhana dan rapi.

Sumber Berguna:
• Memastikan Keberhasilan Pertama Kali dalam Desain EMC PCB
• Aturan Partisi Desain PCB untuk Peningkatan EMC
• Pedoman Desain PCB RF dan Mikrogelombang
• Hambatan dan Solusi dalam Desain PCB RF
• Layanan Manufaktur PCB Full Feature dari PCBCart - Banyak opsi nilai tambah
• Layanan Perakitan PCB Canggih dari PCBCart - Mulai dari 1 potong