Печатная плата 5G Pico Cell: Основной двигатель революции внутренних сетей
По мере того как технология 5G переходит от широкомасштабного покрытия макробазовыми станциями к трехмерной сети, которая уравновешивает глубину и широту, опыт подключения во внутренних сценариях стал ключевым фактором удовлетворенности пользователей. В зонах высокой плотности, таких как торговые центры, стадионы, корпоративные кампусы и транспортные узлы, печатная плата 5G Pico Cell служит основным двигателем этой революции внутренних сетей. Это не только физический субстрат, который несет радиочастотные (РЧ), базовые и блоки управления питанием, но и технический краеугольный камень, определяющий качество сигнала, скорость передачи данных и надежность сети. По сравнению с печатными платами макробазовых станций, Pico Cells предъявляют более строгие требования к размеру, энергопотреблению и интеграции. Сложность их проектирования и производства напрямую влияет на то, могут ли обещанные 5G гигабитные скорости и миллисекундная задержка быть действительно реализованы во внутренних средах. Являясь критически важным компонентом инфраструктуры 5G, производительность пикосот сильно зависит от качества проектирования и изготовления их печатных плат (PCB). От выбора высокочастотных материалов до сложной многослойной компоновки, от точных схем радиочастотного (РЧ) фронтенда до эффективных решений по управлению тепловыделением — каждый шаг представляет собой серьезные проблемы. Завод печатных плат Highleap (HILPCB), обладая глубокой экспертизой в области РЧ и высокоскоростных печатных плат, стремится предоставлять глобальным клиентам исключительные решения для печатных плат 5G пикосот. Эти решения помогают преодолевать технические трудности, ускорять вывод продукции на рынок и, в конечном итоге, обеспечивать конкурентное преимущество.
Что такое 5G пикосота? С какими уникальными проблемами сталкивается ее печатная плата?
В архитектуре гетерогенных сетей 5G (HetNet) пикосота (или picocell) — это базовая станция малой мощности и небольшой зоны покрытия, обычно развертываемая в закрытых помещениях или в зонах с высокой плотностью трафика на открытом воздухе для восполнения пробелов в покрытии макробазовых станций и увеличения пропускной способности локальной сети. Ее радиус действия обычно составляет до 200 метров, что делает ее идеальным решением для устранения узких мест в подключении "последней мили". По сравнению с традиционными распределенными антенными системами (DAS), пикосоты предлагают более высокую степень интеграции, большую гибкость развертывания и лучшую поддержку расширенных функций 5G, таких как формирование луча (beamforming).
Этот высокий уровень интеграции создает беспрецедентные проблемы для проектирования печатных плат:
Экстремальная миниатюризация и высокая плотность интеграции: Устройства Pico Cell часто устанавливаются на стенах или потолках, что накладывает строгие ограничения на размер и вес. Это означает, что печатная плата должна вмещать многочисленные функциональные модули – такие как радиочастотный фронтенд (RFFE), блок цифровой обработки (BBU), управление питанием (PMIC) и высокоскоростные интерфейсы – в чрезвычайно компактном пространстве, требуя исключительной плотности монтажа и точности межслойного выравнивания.
Гарантия производительности в высокочастотном диапазоне: Для достижения скоростей уровня Гбит/с, 5G Pico Cell всё чаще используют высокочастотные диапазоны Sub-6ГГц и даже миллиметровые волны (mmWave). Диэлектрическая проницаемость (Dk) и тангенс угла диэлектрических потерь (Df) материалов печатных плат напрямую влияют на затухание сигнала, что требует использования сверхнизкопотерьных ВЧ-подложек и точного контроля импеданса.
Изоляция между ВЧ и цифровыми цепями: На одной и той же печатной плате высокомощные ВЧ-сигналы сосуществуют с высокоскоростными цифровыми сигналами, что делает электромагнитные помехи (ЭМП) значительным риском. Эффективное экранирование и изоляция этих сигналов для предотвращения ухудшения чувствительности ВЧ-приемника цифровым шумом является ключевой задачей проектирования.
Серьёзное давление на тепловое управление: Высокая степень интеграции и плотность мощности приводят к быстрому накоплению тепла внутри Pico Cell. Печатная плата должна не только поддерживать компоненты, но и выступать в качестве критически важного канала рассеивания тепла. Если тепло не может быть эффективно рассеяно, это может привести к снижению производительности или даже к необратимому повреждению компонентов.
Выбор высокочастотных материалов: Основа исключительной ВЧ-производительности
Для печатных плат 5G Pico Cell выбор материала является первым и наиболее важным шагом в процессе проектирования. Неправильный выбор материала может существенно ограничить конечную производительность устройства. HILPCB хорошо это понимает и предоставляет клиентам комплексные услуги по консультированию и производству высокочастотных материалов.
Сравнение ключевых параметров материалов для печатных плат 5G Pico Cell
| Параметр материала | Влияние на производительность | Решение HILPCB |
|---|---|---|
| Диэлектрическая проницаемость (Dk) | Влияет на скорость распространения сигнала и импеданс. Более низкое и стабильное значение Dk улучшает целостность сигнала и облегчает точное управление импедансом. | Предлагает материалы ведущих международных брендов, таких как Rogers, Taconic и Isola, с широким диапазоном значений Dk, и рекомендует лучший выбор на основе конкретных требований клиента к частотному диапазону. | Коэффициент рассеяния (Df) | Определяет потери энергии при передаче сигнала через диэлектрик. Более низкое значение Df уменьшает затухание сигнала, что особенно важно в миллиметровых диапазонах частот. | Выбирает ламинаты со сверхнизкими и чрезвычайно низкими потерями для обеспечения точности сигнала при передаче на большие расстояния. |
| Теплопроводность (TC) | Измеряет способность материала проводить тепло. Высокая теплопроводность помогает быстро рассеивать тепло, выделяемое мощными компонентами, такими как PA. | Предоставляет углеводородные/керамические наполнители с высокой теплопроводностью, в сочетании с толстой медью и встроенными медными блоками для создания эффективных путей рассеивания тепла. |
| Шероховатость медной фольги (Rz) | Шероховатая медная фольга увеличивает потери в проводнике (скин-эффект) для высокочастотных сигналов. Более гладкие поверхности приводят к меньшим потерям. | Использует медную фольгу с очень низким профилем (VLP) и гипернизким профилем (HVLP) для минимизации высокочастотных вносимых потерь. |
Эволюция коммуникационных технологий: Трансформации печатных плат от 4G к 6G
Эра 4G LTE
Частота: Sub-3GHz
Материал печатной платы: Высокопроизводительный FR-4
Основная технология: MIMO, OFDM
Вызов: Контроль импеданса
Эра 5G NR
Частота: Sub-6ГГц и ммВолна
Материал печатной платы: Rogers, Teflon, Гибридные ламинаты
Основная технология: Massive MIMO, Формирование луча
Вызов: Низкие потери, Высокая интеграция, Тепловое управление
Будущее 6G (Видение)
Частота: Терагерц (ТГц)
Материал печатной платы: Новые полимеры с низкими потерями, на основе стекла
Основная технология: Сети с ИИ, Голографическая связь
Вызов: Сверхнизкие потери, Фотоэлектрическая интеграция, Процесс производства терагерцовых печатных плат
Искусство компактной компоновки и изоляции сигнала в радиочастотном тракте (RFFE)
Радиочастотный тракт является сердцем пикосоты, включающим усилители мощности (PA), малошумящие усилители (LNA), фильтры, переключатели и антенные решетки. В ограниченном пространстве печатной платы пикосоты 5G эффективное расположение этих компонентов при предотвращении взаимных помех — это точное искусство.
Разделение и экранирование: Инженеры HILPCB придерживаются строгих принципов проектирования разделения, физически изолируя зоны мощных усилителей мощности (PA), чувствительные зоны приема малошумящих усилителей (LNA) и зоны высокоскоростной цифровой обработки. С помощью массивов заземляющих переходных отверстий (Via Stitching) и металлических экранирующих крышек они создают клетки Фарадея для эффективного подавления электромагнитного излучения и перекрестных помех.
Интеграция антенн: Для дальнейшего уменьшения размера многие пикосоты используют технологии Antenna-on-Board или Antenna-in-Package (AiP). Это требует от производителей печатных плат точного контроля длины и импеданса антенных фидеров, а также обеспечения точности травления рисунков излучателей антенн, тем самым гарантируя эффективность излучения антенны и производительность формирования луча.
Применение технологии HDI: Технология межсоединений высокой плотности (HDI) является ключом к созданию компактных компоновок. Используя микропереходные отверстия, скрытые переходные отверстия и более тонкие трассы, HDI PCB значительно увеличивает плотность трассировки, обеспечивая более короткие пути соединения для ВЧ-компонентов для уменьшения задержки и потерь сигнала. Это особенно важно для создания высокопроизводительных 5G SA PCB, поскольку автономные сети 5G предъявляют чрезвычайно строгие требования к сквозной задержке.
Обеспечение целостности сигнала для высокоскоростных цифровых и оптических модульных интерфейсов
Пико-соты должны подключаться к распределенным блокам (DU) через высокоскоростные интерфейсы (например, CPRI/eCPRI), часто с передачей сигнала со скоростью 25 Гбит/с или выше. Поэтому конструкции печатных плат должны обеспечивать исключительную целостность сигнала (SI).
Контроль импеданса и синхронизации: Для высокоскоростных дифференциальных пар, соединяющих оптические модули, такие как SFP28 Module PCB или QSFP-DD Module PCB, необходим точный контроль импеданса 100 Ом. HILPCB использует передовое программное обеспечение для моделирования полей и проводит строгие испытания импеданса с помощью TDR (рефлектометрии во временной области) во время производства, обеспечивая допуск импеданса в пределах ±7%. Кроме того, тщательные конструкции трассировки "змейкой" строго контролируют перекос синхронизации внутри пары и между парами (Skew) для обеспечения синхронизированной передачи данных.
Минимизация вносимых потерь: Вносимые потери являются серьезной проблемой при высокоскоростной передаче сигнала. Мы минимизируем их, выбирая материалы со сверхнизкими потерями, оптимизируя геометрию трасс, используя обратное сверление для удаления избыточных отрезков в переходных отверстиях и выбирая плоские поверхностные покрытия, такие как ENIG или ENEPIG.
Подавление шума питания: Стабильная, малошумящая сеть распределения питания (PDN) является обязательным условием для качества высокоскоростного сигнала. Путем реализации полных плоскостей питания и заземления в многослойных печатных платах и стратегического размещения развязывающих конденсаторов шум питания может быть эффективно подавлен, обеспечивая чистое питание для высокоскоростных интерфейсов.
HILPCB: Обзор Производственных Возможностей РЧ-Плат
Поддержка Высокочастотных Материалов
Комплексная поддержка основных РЧ-субстратов, таких как Rogers (серии RO4000, RO3000), Taconic, Isola и Arlon, со специализированными возможностями для гибридного ламинирования.
Прецизионный Контроль Импеданса
Допуск импеданса может достигать ±5% (для конкретных конструкций), со 100% пакетным тестированием с использованием оборудования TDR для обеспечения стабильности производительности.
Производственный Процесс с Низким PIM
Эффективный контроль уровней пассивной интермодуляции (PIM) с помощью таких процессов, как плазменная очистка, оптимизированная обработка коричневым/черным оксидом и гладкие поверхностные покрытия (ENIG/ENEPIG).
Продвинутое ВЧ-тестирование
Оснащены векторными анализаторами цепей (VNA) для тестирования и проверки ключевых ВЧ-параметров, таких как вносимые потери и возвратные потери, в соответствии с требованиями заказчика.