Alors que le déploiement mondial des réseaux 5G s'accélère, le mode Non-Standalone (NSA) joue un rôle crucial en tant que pont reliant les mondes 4G et 5G. Cette architecture utilise ingénieusement le réseau central 4G LTE (EPC) existant pour le contrôle de la signalisation tout en introduisant la 5G New Radio (NR) pour transporter des flux de données à haut débit, permettant un déploiement rapide et une couverture étendue. Cependant, derrière ce succès se cachent des défis sans précédent pour le matériel sous-jacent, où la PCB 5G NSA (Printed Circuit Board) sert de pierre angulaire déterminant les performances du réseau, sa stabilité et sa rentabilité. Des unités d'antenne actives (AAU) dans les macro stations de base aux micro stations de base dans les coins urbains, chaque carte de circuit imprimé doit atteindre un équilibre délicat entre les performances RF, l'intégrité du signal et la gestion thermique. En tant que fabricant de PCB de premier plan, Highleap PCB Factory (HILPCB) met à profit sa profonde expertise technique pour fournir des solutions de pointe aux clients mondiaux afin de relever ces défis complexes.

Quelles exigences uniques l'architecture 5G NSA impose-t-elle à la conception des PCB ?

Le cœur de l'architecture 5G NSA est la double connectivité LTE-NR (EN-DC), ce qui signifie que les terminaux peuvent se connecter simultanément aux stations de base 4G et 5G. Ce mode de fonctionnement parallèle se traduit directement par des défis doubles pour la conception de PCB. Premièrement, la carte de circuit imprimé doit gérer les signaux des bandes de fréquences 4G et 5G, ce qui augmente la complexité du front-end RF et impose des exigences plus strictes en matière de disposition du PCB, de routage et de compatibilité électromagnétique (CEM).

Un PCB RF 5G haute performance doit accueillir davantage de filtres, d'amplificateurs de puissance et de réseaux d'alimentation d'antenne dans un espace limité tout en assurant l'isolation du signal entre différentes bandes de fréquences pour éviter les interférences croisées. De plus, la pression de traitement des données se déplace vers l'unité distribuée (DU). Le PCB DU 5G correspondant doit posséder de robustes capacités de débit de données pour gérer des flux de données massifs provenant des deux réseaux, exigeant des débits de transmission de données extrêmement élevés et une intégrité du signal pour assurer un transfert de données sans erreur entre le traitement en bande de base et le front-end RF.

Le Rôle Critique des Matériaux Haute Fréquence dans les PCB 5G NSA

La communication 5G repose sur des ressources spectrales à plus haute fréquence, en particulier les bandes Sub-6GHz et millimétriques (mmWave). Des fréquences plus élevées signifient que la perte de signal dans les milieux de transmission augmente considérablement, révolutionnant les exigences en matière de matériaux de PCB. Les matériaux FR-4 traditionnels présentent de faibles performances en termes de perte diélectrique (Df) et de stabilité de la constante diélectrique (Dk) à des fréquences supérieures à quelques GHz, ce qui les rend inadaptés aux applications RF 5G.

Ainsi, le choix de matériaux à faibles pertes pour les PCB 5G NSA est crucial. Les solutions à l'échelle de l'industrie comprennent des stratifiés spéciaux haute fréquence produits par des entreprises comme Rogers, Taconic et Teflon. Ces matériaux offrent les caractéristiques clés suivantes :

• Perte diélectrique extrêmement faible (Df) : Minimise l'atténuation de l'énergie du signal pendant la transmission, assurant la qualité du signal, ce qui est particulièrement critique pour les dispositifs terminaux à puissance limitée et la modulation d'ordre supérieur (par exemple, 256-QAM).
• Constante diélectrique stable et cohérente (Dk) : Assure un contrôle précis de l'impédance et maintient la cohérence de phase du signal, ce qui est fondamental pour des technologies comme le MIMO massif et la formation de faisceaux (beamforming).
• Excellente stabilité environnementale : Maintient des performances électriques stables dans des conditions de température et d'humidité variables, garantissant un fonctionnement fiable à long terme des équipements de communication dans divers environnements extérieurs. HILPCB possède une vaste expérience dans la manipulation de divers matériaux haute fréquence, y compris les PCB Rogers, et peut recommander et traiter les matériaux les plus adaptés en fonction des scénarios d'application spécifiques et des contraintes budgétaires des clients, jetant ainsi une base solide pour les PCB RF 5G haute performance.

Intégrité du Signal : Relever les Défis Hybrides Numériques Haute Vitesse et RF

Une PCB 5G NSA typique est un système à signaux mixtes complexe où les signaux numériques haute vitesse coexistent avec des signaux RF analogiques très sensibles. Par exemple, dans les unités de traitement de bande de base, qu'il s'agisse de PCB 5G BBU traditionnelles ou de PCB 5G DU modernes, des canaux SerDes avec des débits allant jusqu'à 25 Gbit/s ou plus doivent être gérés. Les interférences électromagnétiques (EMI) générées par ces signaux numériques, si elles ne sont pas gérées correctement, peuvent gravement dégrader la sensibilité du récepteur RF.

Assurer l'intégrité du signal (SI) et l'intégrité de l'alimentation (PI) est primordial. L'équipe d'ingénieurs de HILPCB utilise une série de techniques de conception et de fabrication avancées pour relever ces défis :

• Contrôle précis de l'impédance: Utilisation de solveurs de champ avancés et d'un contrôle strict du processus de production pour garantir que l'impédance caractéristique de la ligne de transmission reste dans une tolérance étroite de ±5%, minimisant ainsi la réflexion du signal.
• Conception de l'empilement optimisée: Les empilements de couches de PCB soigneusement conçus utilisent des plans de masse pour un blindage efficace, isolant le bruit numérique des pistes RF sensibles.
• Technologie de via avancée: L'emploi de techniques de défonçage (back-drilling) ou de HDI (vias borgnes/enterrés) pour éliminer les résidus de stub excessifs dans les vias, réduisant les réflexions et les distorsions causées aux signaux à haute vitesse.

En s'associant à HILPCB, les clients accèdent à des services professionnels de conception et de fabrication de PCB haute vitesse, garantissant que leurs produits excellent même dans des environnements électromagnétiques complexes.

Stratégies de gestion thermique pour les PCB de stations de base 5G

Les améliorations de performance s'accompagnent souvent d'une consommation d'énergie accrue. Les amplificateurs de puissance au nitrure de gallium (GaN), les FPGA à grande échelle et les puces ASIC utilisés dans les stations de base 5G sont des sources de chaleur importantes. En mode NSA, les appareils doivent prendre en charge à la fois la 4G et la 5G, ce qui augmente encore la consommation d'énergie et la densité de chaleur. Si la chaleur ne peut pas être dissipée efficacement, cela réduit non seulement les performances et la durée de vie des composants, mais peut même provoquer des défaillances du système.

Une gestion thermique efficace est essentielle pour assurer le fonctionnement stable à long terme des stations de base 5G. Pour les PCB 5G Small Cell contraints par l'espace, ce défi est particulièrement sévère. Les solutions courantes incluent :

• PCB à cuivre épais/lourd: Augmentation de l'épaisseur de la feuille de cuivre sur les couches internes et externes du PCB pour exploiter l'excellente conductivité thermique du cuivre pour la conduction et la dispersion de la chaleur.
• Réseaux de vias thermiques: Disposition dense de vias thermiques sous les composants générateurs de chaleur pour transférer rapidement la chaleur vers les dissipateurs thermiques ou les couches à âme métallique sur la face arrière du PCB.
• Dissipateurs de chaleur intégrés (pièces): Intégration directe de blocs de cuivre ou d'aluminium dans le PCB, en contact direct avec les puces génératrices de chaleur, offrant le chemin de conduction thermique le plus efficace.
• PCB à âme métallique (MCPCB): Pour des applications spécifiques comme les modules de puissance, utilisation de substrats à base d'aluminium ou de cuivre pour obtenir des performances thermiques globales supérieures.

HILPCB propose diverses solutions de gestion thermique, y compris les PCB à cuivre épais, aidant les produits de ses clients à rester "froids" sous des températures de fonctionnement rigoureuses.

Obtenir un devis PCB ## Défis d'intégration de PCB pour les réseaux d'antennes Massive MIMO

Le Massive Multiple-Input Multiple-Output (Massive MIMO) est une technologie 5G essentielle pour améliorer l'efficacité spectrale et la capacité du réseau. En déployant des réseaux d'antennes composés de dizaines, voire de centaines d'éléments d'antenne dans les stations de base, un beamforming précis peut être réalisé, concentrant l'énergie du signal sur des utilisateurs spécifiques. Dans les unités d'antenne actives (AAU) modernes, les éléments d'antenne, les front-ends RF et les amplificateurs de puissance sont généralement intégrés directement sur un PCB RF 5G complexe.

Cette conception hautement intégrée impose des exigences de précision extrêmement élevées à la fabrication des PCB :

• Cohérence du réseau d'alimentation: La longueur et les caractéristiques du réseau d'alimentation pour chaque unité du réseau d'antennes doivent être très cohérentes afin d'assurer un contrôle de phase précis, ce qui est essentiel pour un beamforming réussi.
• Interconnexion haute densité (HDI): Pour intégrer de nombreux canaux RF et des pistes de contrôle numériques dans un espace limité, la technologie PCB HDI doit être utilisée, employant des micro-vias, des vias borgnes/enterrés et des pistes fines pour des agencements haute densité.
• Uniformité du matériau: La valeur Dk du matériau du PCB doit rester très uniforme sur l'ensemble de la carte ; toute déviation mineure peut entraîner un désalignement de phase, affectant la précision du beamforming.

De BBU à DU/CU : L'impact de l'évolution de l'architecture réseau sur les PCB

À mesure que la 5G évolue, les unités de bande de base (BBU) 4G traditionnelles passent à des architectures d'unité distribuée (DU) et d'unité centralisée (CU) plus flexibles et efficaces. Ce changement influence profondément la philosophie de conception des PCB associés.

• PCB BBU 5G: Dans certaines solutions précoces ou intégrées, des équipements de type BBU existent toujours, avec des conceptions de PCB axées sur des capacités de calcul robustes et une connectivité au réseau central.
• PCB DU 5G: Les DU sont généralement déployées près des antennes, gérant les fonctions de la couche physique sensibles à la latence. Ainsi, les PCB DU 5G doivent équilibrer le calcul haute performance avec des environnements d'exploitation extérieurs difficiles, exigeant une fiabilité et une gestion thermique exceptionnelles.
• PCB Cloud RAN 5G: Avec les tendances de virtualisation et de cloudification, les fonctions CU sont de plus en plus exécutées par des serveurs à usage général dans les centres de données. Cela a stimulé la demande de PCB Cloud RAN 5G, qui sont essentiellement des cartes mères de serveurs haute performance ou des cartes accélératrices mettant l'accent sur les interfaces E/S haute vitesse (par exemple, PCIe 5.0/6.0) et la compatibilité avec l'infrastructure des centres de données.

Cette évolution architecturale signifie que les fournisseurs de PCB doivent posséder des capacités techniques diverses, capables de fabriquer à la fois des cartes RF extérieures robustes et des cartes de calcul complexes répondant aux normes des centres de données.

Considérations de Conception pour les PCB de Small Cells 5G

Pour compenser les limitations de couverture du signal millimétrique et répondre aux demandes de capacité dans les zones de forte affluence, les réseaux 5G nécessitent une couverture profonde et un déploiement dense, donnant naissance aux small cells. La conception des PCB de Small Cells 5G représente le summum de l'art de l'intégration système, exigeant l'implémentation des fonctionnalités principales des stations de base macro dans des espaces extrêmement compacts.

Les considérations de conception incluent :

• Haute intégration : L'intégration des interfaces RF, bande de base, alimentation et backhaul sur un seul ou quelques PCB pose des défis significatifs pour la conception du routage, de la disposition et de la CEM.
• Conception à faible consommation d'énergie : En raison de divers environnements de déploiement (par exemple, lampadaires, murs) avec des conditions d'alimentation et de refroidissement limitées, la consommation d'énergie doit être strictement contrôlée.
• Conception pour la Fabricabilité (DFM): Les conceptions compactes entraînent souvent un espacement minimal des composants, exigeant une précision extrêmement élevée dans la fabrication et l'assemblage des PCB. Les services PCBA clés en main de HILPCB garantissent un contrôle qualité complet du processus, de la fabrication du PCB à l'assemblage des composants, améliorant ainsi efficacement le rendement du produit.

Comment HILPCB aide ses clients à relever les défis des PCB 5G NSA

Face aux défis multiples de la 5G NSA, le choix d'un partenaire PCB expérimenté et techniquement complet est crucial. Fort de ses années d'expertise dans le domaine des communications, HILPCB offre à ses clients un support complet, du prototypage à la production de masse.

Nos avantages incluent :

• Expertise en matériaux: Nous maîtrisons les propriétés de divers matériaux haute fréquence et haute vitesse et pouvons fournir des recommandations professionnelles pour la sélection des matériaux.
• Processus de fabrication avancés: Nous possédons des technologies de pointe telles que HDI, le contre-perçage, le contrôle d'impédance et la stratification diélectrique hybride pour répondre aux exigences de fabrication les plus complexes des PCB 5G NSA.
• Solutions complètes: Nous proposons non seulement des PCB nus, mais nous prenons également en charge la fabrication de produits divers, des cartes mères de qualité serveur comme les PCB 5G Cloud RAN aux PCB 5G Small Cell compacts.
• Contrôle qualité rigoureux: Nous adhérons à des systèmes de gestion de la qualité stricts, garantissant que chaque PCB expédié offre des performances et une fiabilité exceptionnelles.

Authentification utilisateur, gestion de session, routage de données PCB de commutateur/routeur, cartes mères de serveur