По мере ускорения глобального развертывания сетей 5G режим Non-Standalone (NSA) играет решающую роль в качестве моста, соединяющего миры 4G и 5G. Эта архитектура искусно использует существующую базовую сеть 4G LTE (EPC) для управления сигнализацией, одновременно внедряя 5G New Radio (NR) для передачи высокоскоростных потоков данных, что обеспечивает быстрое развертывание и широкое покрытие. Однако за этим успехом стоят беспрецедентные вызовы для базового оборудования, где печатная плата 5G NSA (Printed Circuit Board) служит краеугольным камнем, определяющим производительность сети, стабильность и экономическую эффективность. От активных антенных блоков (AAU) в макробазовых станциях до микробазовых станций в городских уголках, каждая печатная плата должна достичь тонкого баланса между радиочастотными характеристиками, целостностью сигнала и тепловым управлением. Являясь ведущим производителем печатных плат, Highleap PCB Factory (HILPCB) использует свой глубокий технический опыт для предоставления передовых решений глобальным клиентам для решения этих сложных задач.

Какие уникальные требования архитектура 5G NSA предъявляет к проектированию печатных плат?

Ядром архитектуры 5G NSA является двойное подключение LTE-NR (EN-DC), что означает, что терминальные устройства могут одновременно подключаться к базовым станциям 4G и 5G. Этот параллельный режим работы напрямую приводит к двойным вызовам для проектирования печатных плат. Во-первых, печатная плата должна обрабатывать сигналы как из частотных диапазонов 4G, так и 5G, что увеличивает сложность радиочастотного тракта (RF front-end) и накладывает более строгие требования к компоновке печатной платы, трассировке и электромагнитной совместимости (ЭМС).

Высокопроизводительная 5G RF PCB должна вмещать больше фильтров, усилителей мощности и антенных фидерных сетей в ограниченном пространстве, обеспечивая при этом изоляцию сигналов между различными частотными диапазонами для предотвращения перекрестных помех. Кроме того, нагрузка по обработке данных переходит на распределенный блок (DU). Соответствующая 5G DU PCB должна обладать надежными возможностями пропускной способности данных для обработки массивных потоков данных из обеих сетей, требуя чрезвычайно высоких скоростей передачи данных и целостности сигнала для обеспечения безошибочной передачи данных между обработкой основной полосы частот и радиочастотным трактом.

Критическая роль высокочастотных материалов в печатных платах 5G NSA

Связь 5G опирается на высокочастотные спектральные ресурсы, в частности, на диапазоны Sub-6GHz и миллиметровых волн (mmWave). Более высокие частоты означают, что потери сигнала в средах передачи значительно возрастают, что революционизирует требования к материалам для печатных плат. Традиционные материалы FR-4 демонстрируют низкие характеристики по диэлектрическим потерям (Df) и стабильности диэлектрической проницаемости (Dk) на частотах выше нескольких ГГц, что делает их непригодными для радиочастотных приложений 5G.

Таким образом, выбор материалов с низкими потерями для печатных плат 5G NSA имеет решающее значение. Отраслевые решения включают специальные высокочастотные ламинаты, производимые такими компаниями, как Rogers, Taconic и Teflon. Эти материалы обладают следующими ключевыми характеристиками:

• Чрезвычайно низкие диэлектрические потери (Df): Минимизирует затухание энергии сигнала во время передачи, обеспечивая качество сигнала, что особенно важно для оконечных устройств с ограниченной мощностью и модуляции высокого порядка (например, 256-QAM).
• Стабильная и постоянная диэлектрическая проницаемость (Dk): Обеспечивает точный контроль импеданса и поддерживает когерентность фазы сигнала, что является фундаментальным для таких технологий, как massive MIMO и формирование луча (beamforming).
• Отличная экологическая стабильность: Поддерживает стабильные электрические характеристики в различных температурных и влажностных условиях, обеспечивая долгосрочную надежную работу коммуникационного оборудования в разнообразных внешних средах. HILPCB обладает обширным опытом работы с различными высокочастотными материалами, включая платы Rogers, и может рекомендовать и обрабатывать наиболее подходящие материалы на основе конкретных сценариев применения и бюджетных ограничений клиентов, закладывая прочную основу для высокопроизводительных 5G RF печатных плат.

Целостность сигнала: Решение проблем высокоскоростных цифровых и ВЧ гибридных систем

Типичная 5G NSA PCB представляет собой сложную смешанную сигнальную систему, где высокоскоростные цифровые сигналы сосуществуют с высокочувствительными аналоговыми ВЧ-сигналами. Например, в блоках обработки основной полосы частот, будь то традиционные 5G BBU PCB или современные 5G DU PCB, должны обрабатываться каналы SerDes со скоростью до 25 Гбит/с и более. Электромагнитные помехи (EMI), генерируемые этими цифровыми сигналами, если ими не управлять должным образом, могут серьезно ухудшить чувствительность ВЧ-приемника.

Обеспечение целостности сигнала (SI) и целостности питания (PI) имеет первостепенное значение. Инженерная команда HILPCB применяет ряд передовых методов проектирования и производства для решения этих проблем:

• Точный контроль импеданса: Использование передовых полевых решателей и строгого контроля производственного процесса для обеспечения того, чтобы характеристический импеданс линии передачи оставался в пределах жесткого допуска ±5%, минимизируя отражение сигнала.
• Оптимизированная конструкция стека слоев: Тщательно разработанные стеки слоев печатных плат используют заземляющие плоскости для эффективного экранирования, изолируя цифровой шум от чувствительных ВЧ-трасс.
• Передовая технология переходных отверстий: Применение методов обратного сверления (back-drilling) или HDI (слепые/скрытые переходные отверстия) для удаления избыточных остатков шлейфов в переходных отверстиях, что снижает отражения и искажения, вызываемые высокоскоростными сигналами.

Сотрудничая с HILPCB, клиенты получают доступ к профессиональным услугам по проектированию и производству высокоскоростных печатных плат, гарантируя превосходство их продукции даже в сложных электромагнитных средах.

Стратегии терморегулирования для печатных плат базовых станций 5G

Улучшения производительности часто сопровождаются увеличением энергопотребления. Усилители мощности на основе нитрида галлия (GaN), крупномасштабные FPGA и чипы ASIC, используемые в базовых станциях 5G, являются значительными источниками тепла. В режиме NSA устройства должны поддерживать как 4G, так и 5G, что еще больше увеличивает энергопотребление и плотность тепла. Если тепло не может быть эффективно рассеяно, это не только снижает производительность и срок службы компонентов, но может даже привести к сбоям системы.

Эффективное терморегулирование является ключом к обеспечению долгосрочной стабильной работы базовых станций 5G. Для печатных плат 5G Small Cell с ограниченным пространством эта задача особенно сложна. Общие решения включают:

• Печатные платы с толстой/тяжелой медью: Увеличение толщины медной фольги на внутренних и внешних слоях печатной платы для использования превосходной теплопроводности меди для отвода и рассеивания тепла.
• Массивы тепловых переходных отверстий: Плотное расположение тепловых переходных отверстий под тепловыделяющими компонентами для быстрой передачи тепла к радиаторам или слоям с металлическим сердечником на обратной стороне печатной платы.
• Встроенные теплораспределители (монеты): Прямое встраивание медных или алюминиевых блоков в печатную плату, в непосредственном контакте с тепловыделяющими чипами, обеспечивая наиболее эффективный путь теплопроводности.
• Печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB): Для специфических применений, таких как силовые модули, использование подложек на основе алюминия или меди для достижения превосходных общих тепловых характеристик.

HILPCB предлагает различные решения для управления температурным режимом, включая печатные платы с толстой медью, помогая продуктам клиентов оставаться "холодными" в суровых условиях эксплуатации.

Получить предложение по печатным платам ## Проблемы интеграции печатных плат для антенных решеток Massive MIMO

Массовый многоканальный ввод-вывод (Massive MIMO) — это ключевая технология 5G для повышения спектральной эффективности и пропускной способности сети. Развертывая антенные решетки, состоящие из десятков или даже сотен антенных элементов на базовых станциях, можно добиться точного формирования луча, фокусируя энергию сигнала на конкретных пользователях. В современных активных антенных блоках (AAU) антенные элементы, радиочастотные фронтенды и усилители мощности обычно интегрируются непосредственно на сложную 5G RF печатную плату.

Эта высокоинтегрированная конструкция предъявляет чрезвычайно высокие требования к точности изготовления печатных плат:

• Согласованность фидерной сети: Длина и характеристики фидерной сети для каждого элемента в антенной решетке должны быть очень согласованы для обеспечения точного фазового управления, что критически важно для успешного формирования луча.
• Межсоединения высокой плотности (HDI): Для интеграции многочисленных радиочастотных каналов и цифровых управляющих трасс в ограниченном пространстве необходимо использовать технологию HDI PCB, применяя микропереходы, глухие/скрытые переходы и тонкие трассы для компоновки высокой плотности.
• Однородность материала: Значение диэлектрической проницаемости (Dk) материала печатной платы должно оставаться высокооднородным по всей плате; любые незначительные отклонения могут вызвать рассогласование фаз, влияя на точность формирования луча.

От BBU к DU/CU: Влияние эволюции сетевой архитектуры на печатные платы

По мере развития 5G традиционные базовые блоки 4G (BBU) переходят к более гибким и эффективным архитектурам распределенных блоков (DU) и централизованных блоков (CU). Этот сдвиг глубоко влияет на философию проектирования связанных печатных плат.

• 5G BBU PCB: В некоторых ранних или интегрированных решениях оборудование, подобное BBU, все еще существует, при этом конструкции печатных плат сосредоточены на надежных вычислительных возможностях и подключении к базовой сети.
• 5G DU PCB: DU обычно развертываются рядом с антеннами, обрабатывая функции физического уровня, чувствительные к задержкам. Таким образом, 5G DU PCB должны балансировать высокопроизводительные вычисления с суровыми условиями эксплуатации на открытом воздухе, требуя исключительной надежности и теплового управления.
• 5G Cloud RAN PCB: С тенденциями виртуализации и облачных технологий функции CU все чаще выполняются серверами общего назначения в центрах обработки данных. Это стимулировало спрос на 5G Cloud RAN PCB, которые по сути являются высокопроизводительными серверными материнскими платами или картами-ускорителями, акцентирующими внимание на высокоскоростных интерфейсах ввода-вывода (например, PCIe 5.0/6.0) и совместимости с инфраструктурой центров обработки данных.

Эта архитектурная эволюция означает, что поставщики печатных плат должны обладать разнообразными техническими возможностями, способными производить как прочные наружные радиочастотные платы, так и сложные вычислительные платы, соответствующие стандартам центров обработки данных.

Особенности Проектирования Печатных Плат 5G Small Cell

Для компенсации ограничений покрытия миллиметровых волн и удовлетворения требований к пропускной способности в зонах повышенной активности, сетям 5G требуется глубокое покрытие и плотное развертывание, что приводит к появлению малых сот. Проектирование печатных плат 5G Small Cell представляет собой вершину искусства системной интеграции, требуя реализации основных функций макробазовых станций в чрезвычайно компактных пространствах.

Особенности проектирования включают:

• Высокая степень интеграции: Интеграция радиочастотных, базовых, силовых и транспортных интерфейсов на одной или нескольких печатных платах создает значительные проблемы для проектирования компоновки, трассировки и ЭМС.
• Низкое энергопотребление: Из-за различных условий развертывания (например, фонарные столбы, стены) с ограниченными условиями питания и охлаждения, энергопотребление должно строго контролироваться.
• Проектирование для технологичности (DFM): Компактные конструкции часто приводят к минимальному расстоянию между компонентами, что требует чрезвычайно высокой точности изготовления и сборки печатных плат. Услуги HILPCB по сборке печатных плат под ключ обеспечивают полный контроль качества процесса от изготовления печатных плат до сборки компонентов, эффективно повышая выход годной продукции.

Как HILPCB помогает клиентам решать проблемы с печатными платами 5G NSA

В условиях многогранных вызовов 5G NSA выбор опытного, технически всестороннего партнера по печатным платам имеет решающее значение. Используя многолетний опыт в области связи, HILPCB предоставляет клиентам полную поддержку от прототипирования до массового производства.

Наши преимущества включают:

• Экспертиза в материалах: Мы знакомы со свойствами различных высокочастотных и высокоскоростных материалов и можем предоставить профессиональные рекомендации по выбору материалов.
• Передовые производственные процессы: Мы обладаем ведущими в отрасли технологиями HDI, обратного сверления, контроля импеданса и гибридного диэлектрического ламинирования для удовлетворения самых сложных требований к производству печатных плат 5G NSA.
• Комплексные решения: Мы предлагаем не только голые печатные платы, но и поддерживаем производство разнообразных продуктов, от серверных материнских плат, таких как печатные платы 5G Cloud RAN, до компактных печатных плат 5G Small Cell.
• Строгий контроль качества: Мы придерживаемся строгих систем управления качеством, гарантируя, что каждая отгруженная печатная плата обеспечивает исключительную производительность и надежность.

Аутентификация пользователя, управление сессиями, маршрутизация данных Печатные платы коммутаторов/маршрутизаторов, материнские платы серверов