高頻PCB設(shè)計(jì)概要之二

美男子玩編程

1、射頻電路的布局和連接盡可能地短



由于傳輸線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)化。通過(guò)直線(xiàn)化布局布線(xiàn)布線(xiàn)，可以避免信號(hào)反射，防止信號(hào)電平值降低，以滿(mǎn)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(xiàn)成直角也可以正常工作。然而，在高頻電路中，即使走線(xiàn)銅箔寬度的細(xì)微變化也會(huì)產(chǎn)生影響，因?yàn)樽呔�(xiàn)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(xiàn)的拐角處通過(guò)放置元件或者圓弧走線(xiàn)的方式來(lái)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(shuō)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(guò)布局實(shí)現(xiàn)RF走線(xiàn)的短和直，如果布局空間不允許，需要拐角走線(xiàn)，一定避免直角或45°拐角走線(xiàn)，要走圓弧走線(xiàn)，如果實(shí)在要走直角了，可以通過(guò)放置元件通過(guò)元件的擺位的方式來(lái)替代走線(xiàn)來(lái)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(xiàn)路的布局，即遵循【避免特征阻抗突變】的原則

3、為接地焊盤(pán)單獨(dú)接地，避免共用接地過(guò)孔

設(shè)計(jì)高頻電路時(shí)，必須認(rèn)真處理RF信號(hào)走線(xiàn)和GND之間的連接。在上圖的反例中，RF元件的接地焊盤(pán)共用一個(gè)接地過(guò)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(pán)就近打了接地過(guò)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(pán)單獨(dú)提供一個(gè)接地過(guò)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(xiàn)要保持對(duì)稱(chēng)



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

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

5、RF信號(hào)走線(xiàn)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(xiàn)需要控50歐阻抗，高速傳輸線(xiàn)也需要控阻抗，比如常見(jiàn)的單獨(dú)50歐差分100歐，高速傳輸線(xiàn)為了有更多的空間走線(xiàn)，盡量走小的線(xiàn)寬，比如BGA區(qū)域4mil線(xiàn)寬/線(xiàn)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(xiàn)線(xiàn)寬可以降低插入損耗，但線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)線(xiàn)寬20mil，以對(duì)應(yīng)0402的焊盤(pán)，但要滿(mǎn)足50歐的阻抗，寬的線(xiàn)寬就意味著走線(xiàn)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(xiàn)寬、銅厚、阻焊油墨厚度，但其中介質(zhì)厚度和線(xiàn)寬的影響最為顯著，一般控阻抗要么調(diào)線(xiàn)寬要么控介質(zhì)厚度）。
高速傳輸線(xiàn)線(xiàn)寬4mil、射頻走線(xiàn)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(mǎn)足不了不同線(xiàn)寬控到同一阻抗。鑒于高速傳輸線(xiàn)需要控阻抗的走線(xiàn)較多，所以就拿射頻走線(xiàn)來(lái)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(xiàn)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(xiàn)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)�，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(xiàn)的線(xiàn)寬。