A adoção e implementação da conectividade 5G estão em andamento, à medida que as operadoras móveis correm para ser a primeira empresa com uma rede 5G. Um facilitador essencial do 5G é a baixa latência, alta largura de banda e alta densidade celular. Essas três capacidades exigem que as operadoras adotem novas tecnologias que suportem antenas mais densas e frequências de ondas milimétricas em suas redes. Essas novas tecnologias são chamadas de "prontas para 5G" ou "compatíveis com 5G". Este artigo explorará o que torna uma PCB uma PCB 5G, os vários métodos para projetar uma PCB 5G, as implicações para os fabricantes dessas placas e como você pode se preparar para o advento da fabricação de PCB 5G.
O que é a tecnologia 5G?
A tecnologia 5G é o principal facilitador para uma ampla gama de novos produtos e indústrias empolgantes que estão apenas começando a tomar forma. De veículos autônomos à Internet das Coisas, passando por redes de latência ultrabaixa para finanças, saúde e outras infraestruturas críticas, há muitas promessas e oportunidades.
Primeiro, o 5G não é um produto. Não é uma tecnologia ou produto único que você pode colocar em uma prateleira e conectar para obter os resultados desejados. Em vez disso, o 5G é um conceito geral que se refere a uma atualização no padrão de telecomunicações móveis que alimenta as redes sem fio do mundo. O motivo da atualização é simples: as redes sem fio estão ficando cada vez mais congestionadas. A cada ano, mais e mais pessoas estão adquirindo smartphones e usando dados móveis para acessar a internet. Isso está levando a mais clientes para as operadoras sem fio, mas também a mais demanda em suas redes.
Protocolos de comunicação 5G
Um dos principais fatores que afetarão a implementação do 5G é o protocolo de comunicação. O 5G dependerá de alguns protocolos de comunicação, sendo o New Radio (NR) um deles. O NR é o padrão 5G que permitirá a baixa latência, alta largura de banda e alta densidade celular necessárias para o 5G.
Outros protocolos de comunicação importantes incluem:
– SC-FDMA (acesso múltiplo por divisão de frequência de portadora única)
– OFDM (multiplexação por divisão de frequência ortogonal)
– MIMO (entrada múltipla, saída múltipla)
Esses protocolos de comunicação utilizam frequências mais altas que permitem menor latência, maior largura de banda e maior densidade celular. Eles também utilizam Beamforming para concentrar os sinais. Esse é um recurso essencial para a cobertura interna em edifícios comerciais e residências.
Por que a fabricação 5G é importante?
Os fabricantes de componentes críticos, como PCBs, terão que adaptar suas operações para suportar as frequências mais altas usadas para 5G. Essas frequências estão bem fora da faixa usada para redes 4G e até mesmo LTE. Por exemplo, antenas LTE típicas operam na faixa de 700 MHz. Os padrões iniciais para 5G especificaram frequências na faixa de 28 GHz e 39 GHz. Isso representa um aumento de quase quatro vezes na frequência. Para piorar a situação, as antenas 5G serão muito menores do que as antenas LTE típicas. Isso significa que elas serão menos eficientes e ocuparão mais espaço na placa. E isso significa que os componentes que vão nas placas também terão que ser menores.
Implicações da fabricação de PCB 5G
Uma das implicações da fabricação de PCBs 5G é que ela exigirá que os fabricantes façam a transição para comprimentos de traço mais curtos e larguras de traço menores nas placas de circuito impresso (PCBs). Tudo isso para suportar frequências mais altas e antenas menores. Para piorar a situação, as antenas menores permitirão menos tolerância no processo de fabricação das placas PCB.
Isso significa variações menores entre as placas. Mas a transição para frequências mais baixas terá várias implicações para os fabricantes de PCB. Eles terão que mudar seus equipamentos existentes para processar as frequências mais altas. Mais importante ainda, os equipamentos existentes podem não ser capazes de fazer a transição. É quase certo que alguns dos equipamentos existentes não serão capazes de fazer a transição para suportar a fabricação de PCB 5G.
Como projetar uma placa de circuito impresso 5G?
O primeiro passo na concepção de uma placa de circuito impresso 5G é compreender a frequência de funcionamento e como esta irá afetar o layout da placa. Em seguida, pode selecionar as regras de conceção de placas adequadas. Por exemplo, se estiver a fabricar uma placa para frequências de 28 GHz, deverá utilizar os parâmetros das regras de conceção de placas de ondas milimétricas para obter um design que funcione.
O próximo passo é selecionar os tipos de linha de transmissão. O 5G exigirá traços mais largos para suportar as frequências mais altas. E traços largos são mais suscetíveis a EMI. Portanto, você vai querer usar linhas de transmissão de baixa impedância, como microstrip. Por fim, certifique-se de selecionar materiais com impedância e espessura adequadas. Por exemplo, cobre de 6 mil será a melhor escolha para a maioria das placas 5G.
Noções básicas sobre regras de projeto de PCB para ondas milimétricas
Existem algumas regras básicas de design que devem ser levadas em consideração ao projetar uma placa de circuito impresso (PCB) para um sistema de ondas milimétricas (mmWave).
- Primeiro, as larguras dos traços e o espaçamento entre eles devem ser muito menores do que os normalmente usados em sistemas de frequência mais baixa. Isso é necessário para evitar a atenuação e reflexões do sinal.
- Segundo, a constante dielétrica do material da PCB deve ser a mais baixa possível para minimizar a perda de sinal.
- Por fim, a PCB deve ser projetada com o mínimo possível de camadas para reduzir o risco de interferência de sinal.
Desafios da fabricação de placas de circuito impresso 5G
Existem vários desafios no projeto e na fabricação de PCBs 5G. Um dos desafios é que a maioria das ferramentas de projeto padrão não suporta frequências 5G. O 5G é um padrão totalmente novo. Portanto, designers e engenheiros que operam em 28 GHz e acima estão literalmente projetando uma nova tecnologia. E isso significa que não haverá muitas ferramentas de projeto padrão disponíveis para projetar um PCB 5G.
Os engenheiros terão que usar uma combinação de ferramentas de design assistido por computador (CAD), ferramentas de simulação e outras ferramentas de design. Outro desafio será o alto nível de ruído nas frequências mais altas. Isso significa que os designers terão que usar linhas de transmissão de baixa impedância, como microstrip. Mas os designers também terão que ter cuidado com os furos metalizados e outros componentes de alta densidade.
