WiFi 7 und seine Auswirkungen auf das PCB-Design für Elektronikhersteller verstehen

WiFi 7, auch bekannt als IEEE 802.11be (Extremely High Throughput), ist die kommende Generation der Wi-Fi-Technologie, die auf der Grundlage von WiFi 6 aufbaut. Es führt mehrere bahnbrechende Technologien ein, die darauf abzielen, die Datenübertragungsraten zu verbessern und die Latenz zu reduzieren. Zu diesen Fortschritten gehören die Implementierung einer 320-MHz-Bandbreite, 4096-QAM (Quadratur-Amplitudenmodulation), Unterstützung mehrerer Ressourceneinheiten (MRU), Multi-Link-Betrieb (MLO) und Multi-Access-Point-Koordination (AP). Mit diesen Innovationen soll WiFi 7 Durchsatzgeschwindigkeiten von bis zu 23 Gbit/s unterstützen, fast dreimal schneller als WiFi 6.

Warum brauchen wir WiFi 7?

Der Bedarf an WiFi 7 ergibt sich aus der zunehmenden Abhängigkeit von drahtlosen Netzwerken für Anwendungen mit hoher Bandbreite sowohl in Wohn- als auch in Unternehmensumgebungen. Moderne Anwendungen wie 4K- und 8K-Videostreaming, Virtual Reality (VR), Online-Gaming und Cloud Computing erfordern einen höheren Durchsatz und eine geringere Latenz, als aktuelle Standards bieten können. Während WiFi 6 in diesen Bereichen erhebliche Verbesserungen gebracht hat, erfordern die Anforderungen neuer Technologien die Entwicklung von WiFi 7, um ein überlegenes Benutzererlebnis zu bieten.

Hauptmerkmale von WiFi 7

• Höhere Datenraten : WiFi 7 verspricht Datenraten von bis zu 46 Gbit/s, ein deutlicher Sprung gegenüber den 9.6 Gbit/s von WiFi 6. Dies wird durch größere Kanalbandbreiten von bis zu 320 MHz und die Verwendung höherer Modulationsverfahren erreicht.

• Verbesserter Multi-Link-Betrieb (MLO) : WiFi 7 führt MLO ein, wodurch Geräte gleichzeitig Daten über mehrere Frequenzbänder (2.4 GHz, 5 GHz und 6 GHz) senden und empfangen können. Dies verbessert die Gesamteffizienz des Netzwerks und reduziert Überlastungen.

• Verbesserte Spektrumeffizienz : Durch die Einführung von 4096-QAM (Quadraturamplitudenmodulation) kann WiFi 7 mehr Daten innerhalb desselben Spektrums kodieren, wodurch die spektrale Effizienz verbessert wird.

• Niedrige Latenz und hohe Zuverlässigkeit : WiFi 7 zielt darauf ab, Latenzen von nur einer Millisekunde zu erreichen, was für Anwendungen, die Echtzeitkommunikation erfordern, wie z. B. Spiele und industrielle Automatisierung, von entscheidender Bedeutung ist.

• Verbesserungen der Ziel-Aufwachzeit (TWT) : Die TWT in WiFi 7 wurde optimiert, um den Stromverbrauch weiter zu reduzieren, wodurch sie sich ideal für batteriebetriebene IoT-Geräte eignet.

Auswirkungen auf das PCB-Design mit WiFi 7

Die Fortschritte bei WiFi 7 bringen für PCB-Designer und Elektronikhersteller zahlreiche Herausforderungen und Chancen mit sich. Zu den wichtigsten Überlegungen zählen Hochfrequenzdesign, Wärmemanagement, Leistungsintegrität sowie Platzierung und Routing der Komponenten.

Hochfrequenzdesign

WiFi 7 arbeitet mit höheren Frequenzen, was präzise PCB-Designtechniken für hohe Frequenzen erfordert. Dazu gehört die Aufrechterhaltung einer kontrollierten Impedanz, um die Signalintegrität durch die Auswahl von Materialien mit stabilen Dielektrizitätskonstanten und geringen Verlustfaktoren sicherzustellen. Darüber hinaus erfordert die Gewährleistung minimaler Signalverluste und Reflexionen eine sorgfältige Layoutplanung, wie z. B. die richtige Leiterbahnbreite und -abstände sowie die Verwendung von Differenzialpaaren. Effektive Wärmemanagementstrategien sind aufgrund der erhöhten Wärmebelastung durch höhere Datenraten und Multilink-Operationen unerlässlich. Zu diesen Strategien gehören thermische Via-Arrays zur Ableitung der Wärme von kritischen Komponenten und die Integration von Kühlkörpern und Wärmepads zur Verbesserung der Wärmeableitung.

Leistungsintegrität und Komponentenplatzierung

Die Aufrechterhaltung der Stromversorgungsintegrität ist aufgrund des höheren Leistungsbedarfs von WiFi 7 von entscheidender Bedeutung. Dies erfordert die Entwicklung eines stabilen und rauschfreien Stromverteilungsnetzes (PDN) sowie die strategische Platzierung von Entkopplungskondensatoren zur Minimierung des Netzteilrauschens. Eine optimale Komponentenplatzierung und -führung sind ebenfalls unerlässlich, um Signalverschlechterungen und elektromagnetische Störungen ( EMI ) zu minimieren. Dies lässt sich erreichen, indem die Signalleitungen kurz und direkt gehalten werden, um die Signaldämpfung zu reduzieren, und indem solide Masseflächen implementiert werden, um einen Rückweg für Signale bereitzustellen und EMI zu minimieren.

Überlegungen zur Herstellung von WiFi 7-Leiterplatten

Für Elektronikhersteller ist die Einführung der WiFi 7-Technologie mit mehreren wichtigen Fertigungsüberlegungen verbunden, um optimale Leistung und Zuverlässigkeit sicherzustellen.

Materialauswahl

Die Auswahl geeigneter Leiterplattenmaterialien, die hohen Frequenzen und thermischen Belastungen standhalten, ist entscheidend. Materialien wie spezielle verlustarme Laminate und Isola IS620 sind aufgrund ihrer hervorragenden elektrischen Eigenschaften und ihrer guten Wärmeleistung beliebte Optionen. Diese Materialien sind unerlässlich, um die Signalintegrität zu gewährleisten und die mit der WiFi-7-Technologie verbundenen erhöhten thermischen Belastungen zu bewältigen.

Fortgeschrittene Herstellungstechniken

Die Herstellung von WiFi-7-Leiterplatten erfordert fortschrittliche Fertigungstechniken. Mikrovia- und Blind-/Buried-Via-Technologien tragen dazu bei, die Signalwege zu verkürzen und die Signalintegrität zu verbessern. Hochdichte Verbindungsdesigns (HDI) sind ebenfalls unerlässlich, um die erhöhte Anzahl an Bauteilen und Verbindungen zu integrieren und sicherzustellen, dass die Leiterplatten die erweiterten Funktionen von WiFi 7 unterstützen.

Qualitätskontrolle und Prüfung

Strenge Qualitätskontroll- und Testverfahren sind unerlässlich, um die Zuverlässigkeit von WiFi-7-Leiterplatten zu gewährleisten. Die automatische optische Inspektion ( AOI ) dient der Erkennung von Herstellungsfehlern, während die Röntgenprüfung zur Inspektion verdeckter Durchkontaktierungen und interner Lagen eingesetzt wird. Elektrische Prüfungen sind entscheidend für die Überprüfung der Signalintegrität und Leistungsfähigkeit und stellen sicher, dass die Leiterplatten die hohen Anforderungen der WiFi-7-Technologie erfüllen.

WiFi 7-Anwendungsszenarien

Die erweiterten Fähigkeiten von WiFi 7 eröffnen eine Reihe neuer Anwendungsszenarien in verschiedenen Branchen. Im Gesundheitswesen kann WiFi 7 beispielsweise Telemedizinanwendungen in Echtzeit mit hochauflösendem Videostreaming und Datenübertragung mit geringer Latenz unterstützen. In industriellen IoT-Anwendungen (Internet der Dinge) kann WiFi 7 eine effiziente Kommunikation zwischen Sensoren, Aktoren und Steuerungssystemen ermöglichen und so die Automatisierung und Effizienz verbessern. Darüber hinaus kann WiFi 7 im Verbraucherbereich nahtlose, hochwertige Multimedia-Erlebnisse wie 8K-Video-Streaming und immersive VR-Spiele bieten.

Fazit

WiFi 7 stellt einen bedeutenden Fortschritt in der drahtlosen Netzwerktechnologie dar und bietet im Vergleich zu früheren Standards höhere Geschwindigkeiten, geringere Latenzzeiten und verbesserte Effizienz. Mit seinen erweiterten Funktionen und Fähigkeiten ist WiFi 7 bereit, die drahtlose Kommunikation zu revolutionieren und eine neue Ära der Konnektivität für eine breite Palette von Anwendungen und Branchen einzuleiten.