高頻PCB設(shè)計(jì)概要之二

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1、射頻電路的布局和連接盡可能地短



由于傳輸線拐角處的阻抗突變會(huì)造成信號(hào)反射，高頻信號(hào)將作為電磁場(chǎng)能量輻射到空間中。結(jié)果，經(jīng)“拐角”之后的信號(hào)電平值可能下降。因此，在設(shè)計(jì)高頻電路時(shí)，必須精心設(shè)計(jì)RF布局以使得RF走線拐角角度盡可能的小。



設(shè)計(jì)RF電路時(shí)，如果板上有足夠的空間，則將RF相關(guān)元器件布置成盡可能直線化。通過直線化布局布線布線，可以避免信號(hào)反射，防止信號(hào)電平值降低，以滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。
設(shè)計(jì)要點(diǎn)：在低頻電路的時(shí)，信號(hào)走線成直角也可以正常工作。然而，在高頻電路中，即使走線銅箔寬度的細(xì)微變化也會(huì)產(chǎn)生影響，因?yàn)樽呔�寬度變化，特征阻抗就會(huì)受到影響，發(fā)生信號(hào)反射，降低信號(hào)電平值，達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)。
2、在RF走線的拐角處通過放置元件或者圓弧走線的方式來降低特性阻抗突變?cè)斐傻挠绊?br />

還是圍繞老wu第一點(diǎn)說的【避免特征阻抗突變】的原則，如果板上空間富裕，優(yōu)先通過布局實(shí)現(xiàn)RF走線的短和直，如果布局空間不允許，需要拐角走線，一定避免直角或45°拐角走線，要走圓弧走線，如果實(shí)在要走直角了，可以通過放置元件通過元件的擺位的方式來替代走線來做90°角的轉(zhuǎn)折，這樣可以最大化避免阻抗突變?cè)斐傻男盘?hào)反射影響。



設(shè)計(jì)要點(diǎn)：在高頻電路的情況下，重要的是改善RF線路的布局，即遵循【避免特征阻抗突變】的原則

3、為接地焊盤單獨(dú)接地，避免共用接地過孔

設(shè)計(jì)高頻電路時(shí)，必須認(rèn)真處理RF信號(hào)走線和GND之間的連接。在上圖的反例中，RF元件的接地焊盤共用一個(gè)接地過孔與GND平面連接。
下圖的改進(jìn)實(shí)例中，為每個(gè)接地焊盤就近打了接地過孔與GND平面連接，接地環(huán)路更小，將噪聲降至最低。


設(shè)計(jì)要點(diǎn)：與常規(guī)電路相比，高頻電路對(duì)于與GND的連接必須嚴(yán)格處理，為每個(gè)接地焊盤單獨(dú)提供一個(gè)接地過孔以最短的途徑與地平面進(jìn)行連接。

4、射頻巴倫差分走線要保持對(duì)稱



設(shè)計(jì)高頻電路時(shí)，必須注意同一電路部分的接線。比如上面的反例圖示是射頻巴倫（balun）電路，左右走線不對(duì)稱。
下圖改進(jìn)的巴倫電路，縮短射頻信號(hào)走線長(zhǎng)度并且左右對(duì)稱。

設(shè)計(jì)要點(diǎn): 在高頻電路的情況下，布線的影響很大。

5、RF信號(hào)走線50歐阻抗隔層參考盡量擴(kuò)大挖空區(qū)域



對(duì)于具有RF/高速信號(hào)混合的PCB、RF射頻信號(hào)走線需要控50歐阻抗，高速傳輸線也需要控阻抗，比如常見的單獨(dú)50歐差分100歐，高速傳輸線為了有更多的空間走線，盡量走小的線寬，比如BGA區(qū)域4mil線寬/線距，但射頻信號(hào)為了避免插入損耗（Insertion Loss），插入損耗主要包括介質(zhì)損耗、導(dǎo)體損耗、輻射損耗和泄露損耗幾個(gè)部分，是各種損耗成分的總和。射頻信號(hào)適當(dāng)加大走線線寬可以降低插入損耗，但線寬也不是越大越好，對(duì)于微波及毫米波的電路應(yīng)用，較寬的線寬容易產(chǎn)生不必要的雜散信號(hào)，影響信號(hào)的傳輸。
一般RF走線線寬20mil，以對(duì)應(yīng)0402的焊盤，但要滿足50歐的阻抗，寬的線寬就意味著走線與參考層的距離要拉大（影響阻抗的因素包括介質(zhì)厚度、介電常數(shù)、線寬、銅厚、阻焊油墨厚度，但其中介質(zhì)厚度和線寬的影響最為顯著，一般控阻抗要么調(diào)線寬要么控介質(zhì)厚度）。
高速傳輸線線寬4mil、射頻走線需要20mil，如果都是參考同一個(gè)平面，介質(zhì)厚度是固定的，那就滿足不了不同線寬控到同一阻抗。鑒于高速傳輸線需要控阻抗的走線較多，所以就拿射頻走線來做調(diào)整，拉大介質(zhì)厚度的方法就是隔層參考控阻抗，比如走線在頂層，把第二層挖空，參考第三層的平面，達(dá)到比較厚的介質(zhì)厚度。
但是這個(gè)挖空也是有講究的，老wu看到有的同學(xué)直接復(fù)制頂層的射頻走線到第二層作為參考層的挖空區(qū)域，但…這個(gè)挖空區(qū)域還不夠?qū)挘�要避免第二層的銅箔對(duì)阻抗造成影響，第二層的挖空區(qū)域要盡量大，至少也要3倍的射頻走線的線寬。