5G系统PCB材料和设计要求

虽然这可能会引起一些人的质疑，但我必须承认:我仍然有一部翻盖手机。我知道你在想什么:为什么一个PCB设计工程师还在用翻盖手机?对我来说，这是远离喧嚣的现代生活最简单的方法。当我和家人外出时，看到3G功能出现在手机屏幕的右上角，我感到很欣慰。这意味着我可以真正专注于重要的事情，同时屏蔽工作和社交媒体的干扰。

我也有一部4G的智能手机，我用它来工作(我不是一个彻头彻尾的恐龙)。与4G相比，即将推出的5G迫使设计师重新考虑移动和物联网设备的PCB设计。这些5G系统将大多数消费者可用的速度限制推向了新的高度。当您在这些电路板中引入通信需求时，您将有许多实质性的考虑因素需要考虑。

5G系统要求

如果您开始搜索3G、4G和5G网络需求之间的比较，您会发现信息分散在许多位置，其中一些似乎是相互冲突的。到2021年，预计将有30亿台移动和物联网设备上线，5G系统的目标是提供10-20倍的数据速率(高达1 Gbps)，约1000倍的流量，每平方公里的连接数是4G的10倍。5G的目标是提供低至1毫秒的延迟，比4G网络的延迟快10倍。

与4G和3G相比，5G无线网络的运行频率也将更高。用于移动设备和网络设备的pcb需要同时适应更高的数字数据速率和更高的频率混合信号设计达到极限。4G网络的工作频率在600 MHz到5.925 GHz之间，而5G网络则将频率上限牢牢地推到了毫米波频率。

在为5G系统设计pcb中的无线通信功能时，每个通道的带宽也很重要。4G的信道带宽为20mhz(物联网设备为200khz)， 5G的信道带宽为6ghz以下100mhz, 6ghz以上400mhz。目前的集成电路可以满足这些设备中的高速和高频率，而PCB材料将在确保5G系统性能方面发挥重要作用。

在5G网络中，这个信号塔可能看起来非常不同

5G系统的材料选择

设计5G系统完全是关于高速/高频混合信号的设计。除了标准的高速设计规则和高频布局规则，材料的选择是防止信号丢失、保证信号完整性的重要环节。由于这些系统固有的混合信号，设计者必须防止电磁干扰在模拟和数字板部分之间，以及设计他们的板，以满足FCC EMC要求。

基于对即将到来的5G革命的预期，PCB材料公司已经在开发比标准FR4更低介电常数(约3)的基板材料。尽管频率更高，但与聚四氟乙烯层压板相比，这些新材料在5G无线频率下的损耗更小。

用于5G系统的pcb将需要以高速和高频工作的处理器和功率放大器，并且这些组件的输出变化可以有效地最小化热管理．5G系统中感兴趣的两种材料特性是热导率和热系数，用于测量衬底介电常数随温度的变化。电路运行或集成电路产生的热量会导致温度升高，从而使介电性能逐渐下降。

第一个参数的重要性应该是显而易见的:具有较高热导率的基板很容易将热量从有源器件散发出去，当工作在更高的速度和更高的频率时，具有较高热导率的基板是更好的选择。第二个参数的重要性可能不那么明显。介电常数的变化会导致沿互连的色散，严重的色散将拉伸数字脉冲，改变沿互连的传播速度，并在极端情况下导致沿传输线的信号反射。

你的下一个5G系统设计不应该是一个不可能完成的任务

无论您选择在5G系统中使用哪种基板材料，您都需要遵循最佳PCB设计实践，以确保整个互连的阻抗一致。对于射频信号线，应使用尽可能短的路径布线。导线宽度和间距也需要严格控制，以便在整个互连中保持一致的阻抗。

最终，5G将推动AR/VR、自动驾驶汽车、新型智能设备以及其他我们只能梦想的应用更广泛地采用。的正确的PCB设计和分析软件Cadence的全套设计和仿真工具，可帮助您设计5G系统。的Allegro PCB Designer该软件包包含工程师构建5G系统所需的大量设计工具，包括RF设计功能和互连规划工具。

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