5G等高频率应用是如何影响信号完整性的？

5G的工作频率比4G高得多，从而迫使PCB设计人员重新考虑其板的设计和制造方式。

随着5G的到来，电气工程师必须重新考虑（有时是重新设计）他们的PCB和其他基础设施，以支持新频谱的高频率。

信号完整性将成为5G PCB板设计中的首要问题。

5G在电磁频谱上的位置

在本文中，让我们看一下更高频率对PCB信号完整性的影响以及缓解这些问题的方法。

为什么5G频率对信号完整性不利？

在电路板设计中，频率的增加会对信号完整性产生许多不良影响--特别是增加噪声和衰减的影响。

噪声

关于噪声，首先要考虑的是，随着系统频率的增加，信号反射变得越来越重要。根据传输线理论，反射与传输线长度与信号波长之比直接相关。

信号反射

我们还知道，信号波长随着频率的增加而减小（λ= v / f）。

因此，随着5G引入更高的频率，设计人员还必须考虑信号反射的影响

例如振铃或其他失真，这会在系统中引起更多噪声并有效降低SNR。

电容和电感耦合

此外，由于电容和电感分别与电压和电流的变化率相关，因此电容耦合和电感耦合的影响变得更加相关 。这也会产生噪声和失真，从而降低SNR。

衰减与集肤效应

关于衰减，一个重要的考虑因素是所谓的集肤效应。实质上表明，随着信号频率的增加，信号在导体内的穿透深度会减小。

集肤效应

集肤效应的重要含义是，随着较高的频率穿过较小的区域，它们会遇到更大的阻力并引起更大的IR损耗。这种损耗也会降低SNR。

在5G设计中提高SNR的方法

在高速设计中，有许多因素会影响信号的完整性。那么，5G PCB板的设计者可以做什么呢？

控制电路板阻抗

减轻信号反射和衰减的重要步骤是控制电路板阻抗。拥有适当端接的线路和精心设计的阻抗匹配网络对于防止信号反射并为电路模块提供最大功率至关重要。

专注于制造中的阻抗：mSAP

制造电路板时也可以解决阻抗控制问题。

传统的PCB制造工艺具有创建具有梯形横截面的走线的缺点。这些横截面会改变走线本身的阻抗，从而严重限制了5G应用。

一种解决方案是使用mSAP（半添加制造过程）技术，该技术可使制造商以更高的精度创建走线。控制线路的几何形状还可以帮助减轻集肤效应和由于它引起的信号功率损失。

放置元件和走线

在减轻诸如耦合之类的影响时，最重要的事情就是明智地将组件和走线相对于彼此并接地。

例如，具有埋入接地层和电源平面的多层PCB可能是有用的解决方案。

将敏感线放置在接地平面附近会强制与地（与其他线相反）进行电容性耦合，并为高速信号提供低电感返回路径。

5G设计的更多注意事项

尽管本文未解决所有问题或解决方案的详尽列表，但我们回顾了5G频率在信号完整性方面的一些高级问题以及解决这些问题的可能的设计解决方案。

显然，5G将给PCB工程师带来信号完整性挑战，因为噪声和衰减的频率相关效应都会降低SNR。

对于成功的5G设计，本文中未考虑的一些因素（例如电介质和基板材料的选择）同样重要。