Penempatan Vias untuk Menghubungkan Pesawat Ground

Saya sudah banyak bertanya-tanya tentang praktik landasan pada tata letak PCB. Pertanyaan pertama saya tentang ini berkaitan dengan vias. Saya telah memperhatikan bahwa pada PCB 2 layer sederhana dengan bidang tanah di kedua sisi, biasanya akan ada beberapa atau beberapa vias spasi untuk menghubungkan mereka dengan impedansi minimal antara dua tuangkan tembaga.

Namun, pada papan RF, penempatan via terlihat jauh lebih disengaja dan saya bertanya-tanya tentang teori di balik ini. Vias yang menghubungkan pesawat darat sering membatasi jejak RF. Lihat contoh waveguide coplanar diferensial ini:

Saya juga punya pertanyaan kedua tentang landasan pada PCB. Kapan tepat untuk "mengisolasi" pesawat darat dari satu sama lain? Dan bagaimana memiliki bidang tanah pada satu lapisan (katakanlah atas) diisolasi dari satu sama lain membantu ketika kedua bidang tersebut terhubung ke bidang tanah yang sama di bagian bawah melalui vias. Ketika kita memiliki bidang tanah yang terisolasi ini, apakah penempatan via berbeda dari kedua kasus di atas?

Catatan: Saya mengetahui kemungkinan duplikat di sini, tetapi saya tidak puas dengan jawaban dan berpikir pertanyaan saya meminta lebih detail.

Terima kasih untuk informasinya.

Tata letak yang Anda perlihatkan terlihat seperti apa yang disebut coplanar waveguide (CBCPW) yang didukung tembaga . Itu berarti kembali tanah untuk Waveguide tidak hanya di alasan coplanar (tanah mengisi pada lapisan yang sama dengan jejak sinyal) tetapi juga di lapisan pesawat segera "di bawah" lapisan sinyal. Struktur ini cukup esoteris, dalam arti bahwa saya hanya melihatnya digunakan dalam sistem digital ketika kecepatan data melebihi 20 Gb / s.

Saya menemukan apa yang tampak seperti diskusi yang masuk akal tentang perbedaan antara CBCPW dan microstrip dalam artikel Microwave Journal oleh para insinyur Rogers Corp.

Artikel ini menunjukkan bahwa CBCPW memiliki kehilangan lebih rendah daripada microstrip pada frekuensi di mana kehilangan radiasi menjadi penting dalam microstrip, kira-kira dari 25 GHz ke atas, yang menjelaskan mengapa CBCPW tidak banyak digunakan pada frekuensi yang lebih rendah.

Mengatasi pertanyaan Anda, artikel ini menunjukkan beberapa persyaratan khusus untuk membumikan vias dalam struktur CBCPW:

Untuk pentanahan yang tepat, sirkuit CBCPW menggunakan vias untuk menghubungkan bidang landasan coplanar lapisan atas dan bidang dasar lapisan bawah. Penempatan vias ini dapat menjadi penting untuk mencapai karakteristik impedansi dan kehilangan yang diinginkan, serta untuk menekan mode gelombang parasit.

Ini pada dasarnya berarti bahwa tanpa vias penjahitan yang sering antara ground coplanar dan backing ground, daya dapat ditransfer ke mode propagasi yang tidak diinginkan, yang akan menyebabkan kehilangan penyisipan berlebih atau dispersi yang kuat dalam karakteristik saluran transmisi.

Bagian 1: Sebuah slot panjang di bidang tanah sisi atas dapat bertindak sebagai antena, baik dalam hal memancarkan dan mengambil arus yang berusaha mengalir tegak lurus ke slot. Anda dapat menganggap slot sebagai semacam "kawat negatif". Lebih detail dapat ditemukan sini .

Arus frekuensi tinggi yang mencoba untuk berpindah dari satu bidang bidang tanah sisi atas ke bidang lain (yang mengalir tegak lurus terhadap jejak RF) dipaksa mengalir di sekitar batas celah antara potongan-potongan tersebut. Sekarang perhatikan apa yang terjadi jika panjang slot sama dengan setengah panjang gelombang arus. Tegangan melintasi slot dipaksa ke nol di ujung slot (di mana potongan terhubung), tetapi ini berarti bahwa perbedaan tegangan di slot akan tertinggi di tengah slot. Demikian pula, arus (melintasi slot) dipaksa ke nol di tengah slot, tetapi maksimum di ujung slot. Ini adalah "dual" elektrik dari antena kawat setengah-gelombang biasa, di mana arus maksimum di pusat dan tegangan maksimum di ujungnya. Slot dan kabel sama efektifnya dengan antena,

Beberapa vias yang menghubungkan kedua sisi slot ke bidang tanah padat di sisi lain "menyingkat" antena slot ini, menghilangkan masalah itu.

Bagian 2: Pesawat ground independen untuk subsistem "berisik" tertentu (atau, dalam hal ini, subsistem yang perlu "diam") di papan, yang terhubung ke pesawat ground level sistem hanya pada satu titik, berfungsi untuk membatasi arus balik untuk sinyal-sinyal di dalam subsistem itu hanya pada area papan itu, mencegahnya dari mempengaruhi (atau dipengaruhi oleh) subsistem-subsistem lain di papan tulis.

Misalnya, Anda memiliki sistem akuisisi data berbasis mikroprosesor yang memiliki ADC resolusi tinggi dan beberapa sirkuit pengkondisi sinyal analog di bagian hulu. Anda dapat membuat satu bidang ground untuk sirkuit analog dan satu lagi untuk mikroprosesor dan kristal serta periferal digital lainnya (mis., Chip memori flash besar), dan sambungkan masing-masing ke bidang ground sistem (atau satu sama lain) di hanya satu poin. Ini menjaga noise frekuensi tinggi dari kristal dan sinyal I / O digital yang beralih cepat dari mikroprosesor keluar dari bidang tanah untuk sirkuit analog yang sensitif. Anda akan melihat ini jika Anda melihat tata letak papan evaluasi yang diproduksi pabrikan untuk chip ADC dan DAC resolusi tinggi.

Dalam CPW atau Coplanar Wavequide, energi RF berada di antara konduktor di atas media. Ini biasa terjadi pada semikonduktor di mana sulit untuk mengakses bidang tanah dan jaraknya sangat pendek. Untuk PCB, perlu ada landasan dan ini disebut groundguard coplanar waveguide (CPWG) atau konduktor coplanar waveguide (CBCPWG) yang didukung oleh konduktor. Jarak via adalah untuk membuat dinding virtual energi RF tidak bisa bocor. Semakin tinggi frekuensi, semakin pendek panjang gelombang, dan semakin dekat bersama vias. Berikut ini tautan ke makalah yang menunjukkan ini melalui pengujian berbagai papan pada halaman 14 - 21.

http://mpd.southwestmic microwave.com/showImage.php?image=439&name=Optimizing%20Test%20Boards%20for%2050%20GHz%20End%20Launch%20Connectors