在 PCB 中設計接地共面波導

2021-07-14

在 PCB 中設計接地共面波導

以高頻運行的 RF 設計需要與數字組件、電源子系統和可能降低信號質(zhì)量的外部噪聲源高度隔離。許多 RF 設計中的一種選擇是與地共面的波導，因為這可以與外部層上的受控阻抗路由一起使用。當您需要在 RF PCB 設計中使用帶接地布線(xiàn)的共面波導時(shí)，請使用業(yè)界最佳的布線(xiàn)功能集。只有 Altium Designer 包含阻抗控制路由工具集，以確保您的共面波導設計有助于射頻信號完整性。

業(yè)界最佳的 PCB 設計和布局平臺，用于射頻設計和帶接地布線(xiàn)的共面波導。

RF 系統對現代生活與電源系統一樣重要，但 RF 系統可能特別容易受到來(lái)自電子系統任何其他部分的噪聲的影響。每當您的 RF PCB 布局中出現噪聲問(wèn)題時(shí)，您都需要重新排列組件以防止噪聲耦合到 RF 部分，或者您需要應用屏蔽以確保您的設計具有足夠的抗噪能力。有多種方法可以在不使用屏蔽罐或修改 RF 布局的情況下應用屏蔽。

接地共面波導是路由具有隔離和低損耗的 RF 互連的絕佳選擇。這些波導是開(kāi)放的，一些場(chǎng)線(xiàn)將被限制在 PCB 基板上方的空氣中。然而，共面波導可以很容易地設計為具有受控阻抗，并且周?chē)慕拥馗层~提供與 RF PCB 布局的其他部分的屏蔽。最好的設計軟件可以幫助您自動(dòng)化 PCB 中的共面波導設計和布線(xiàn)，幫助您在 RF PCB 設計過(guò)程中保持高效。

了解與地面共面的波導

共面波導是開(kāi)放式準 TEM 波導幾何結構，它使用覆銅和接地平面沿 PCB 跡線(xiàn)的長(cháng)度提供屏蔽。需要設計 PCB 走線(xiàn)寬度和接地銅區域的間距，以將設計阻抗設置為所需值。這為設計人員提供了一種簡(jiǎn)單的射頻走線(xiàn)布線(xiàn)方法，無(wú)需對屏蔽罐應用額外的屏蔽，也無(wú)需使用帶通孔的內部層進(jìn)行布線(xiàn)。下圖顯示了典型的接地共面波導。

具有接地橫截面幾何形狀的共面波導。

對此的一個(gè)變體是與地面不同的共面波導。就像差分微帶一樣，兩個(gè)中央微帶在表面層上彼此并排布線(xiàn)，并以相反的極性驅動(dòng)。除了與 RF 系統中的其他電路塊隔離之外，這還提供了共模噪聲消除。無(wú)論您計劃在 RF PCB 中使用哪種布線(xiàn)方式，您都需要在設計 RF 電路板時(shí)設置波導的阻抗。

使用最佳設計軟件進(jìn)行阻抗控制

不幸的是，沒(méi)有精確的封閉式公式可用于計算每個(gè)參數范圍內的接地共面波導阻抗。因此，設計人員需要依靠橫截面 2D 場(chǎng)求解器來(lái)確定其波導結構的阻抗。最好的 PCB 布線(xiàn)工具可以采用該阻抗值和相應的幾何形狀，并將在整個(gè)設計過(guò)程中強制執行。

這正是您可以在 Altium Designer 中找到的內容。Altium Designer 中的布線(xiàn)引擎會(huì )強制執行您從 PCB 疊層創(chuàng )建的阻抗配置文件，并在創(chuàng )建布局時(shí)應用它。此外，可以使用 DRC 引擎檢查阻抗偏差，以確保電路板中的共面波導路由策略具有受控阻抗。

RF 互連通常在電氣上很長(cháng)，并且總是像傳輸線(xiàn)一樣工作。需要阻抗控制來(lái)確保低反射損耗和向互連負載傳輸的功率。

在 PCB 內層布線(xiàn)的波導稱(chēng)為基板集成波導。這些波導結構可以在有或沒(méi)有導體的情況下使用。

一種相關(guān)類(lèi)型的接地共面波導是模式選擇傳輸線(xiàn)。這些波導具有與接地共面波導相同類(lèi)型的橫截面，但與信號波長(cháng)相比具有更大的寬度。

使用 Altium Designer 中強大的布線(xiàn)功能在任何 PCB 中布線(xiàn) RF 互連。

射頻 PCB 疊層設計的重要性

RF 系統的疊層必須設計為提供阻抗控制，以及 PDN 中足夠的屏蔽和載流能力。您使用的疊層將確定模擬信號的完整性，并確保有足夠的層數來(lái)提供電路板中其他重要電路的布線(xiàn)。獲得正確的層堆棧對于具有接地設計的共面波導很重要。

設計與地共面的波導，必須在表層下方有一個(gè)地平面，并且表層周?chē)慕拥馗层~需要通過(guò)過(guò)孔回接地。接地覆銅和內部接地平面將設置共面波導的阻抗，并將提供射頻互連所需的隔離，以確保信號完整性。正確安排這種安排需要您的 PCB 設計軟件中最好的疊層設計工具。

Altium Designer 的堆棧管理器和布線(xiàn)工具確保信號完整性

Altium Designer 的層堆棧管理器讓您可以在單個(gè)實(shí)用程序中設計堆棧并計算互連阻抗。在 Altium Designer 的層堆疊管理器中，設計人員可以選擇層排列和層壓厚度，集成的場(chǎng)解算器將立即確定達到目標阻抗的波導幾何形狀。這個(gè)簡(jiǎn)單的工具將許多強大的功能整合到一個(gè)實(shí)用程序中，可以輕松設置共面波導、微帶線(xiàn)和帶狀線(xiàn)的阻抗。

一旦您創(chuàng )建了 PCB 層堆棧，Altium Designer 中的 PCB 編輯器將在您布線(xiàn) RF PCB 跡線(xiàn)和波導時(shí)自動(dòng)執行您的阻抗設置。阻抗配置文件和走線(xiàn)寬度規則會(huì )自動(dòng)執行，并且在線(xiàn) DRC 引擎會(huì )在您創(chuàng )建 RF PCB 布局時(shí)根據您的所有設計規則檢查您的布線(xiàn)。這有助于您在設計階段的早期發(fā)現錯誤。

最好的 PCB 疊層設計工具將考慮您的電路板層壓材料中的色散，并將其包含在阻抗計算中。

Altium Designer 的層堆棧管理器可以輕松定義電路板幾何形狀并確定受控阻抗所需的橫截面參數。

Altium Designer 中的層堆棧管理器易于使用，并集成了強大的場(chǎng)解算器，用于計算共面波導的阻抗。

Altium Designer 中的層堆棧管理器非常適合設計復雜的堆棧以支持任何布線(xiàn)幾何結構，包括與地面共面的波導。

使用規則驅動(dòng)的設計工具確保信號完整性

規則驅動(dòng)的 PCB 設計工具將幫助您在創(chuàng )建 PCB 布局時(shí)保持高效。這些工具旨在強制執行重要的 DFM 規則、信號完整性要求以及 RF PCB 布局中的共面波導幾何形狀。帶有在線(xiàn) DRC 引擎的規則驅動(dòng)設計軟件將在您創(chuàng )建 PCB 布局時(shí)為您運行這些檢查。很容易快速發(fā)現、修復和防止電路板設計中的錯誤。

當您布線(xiàn)共面波導時(shí)，您可以在 RF 跡線(xiàn)周?chē)胖酶层~，規則驅動(dòng)的設計引擎將自動(dòng)應用覆銅間隙和過(guò)孔間距要求，以確保設計中的阻抗控制。Altium Designer 為您提供這些規則驅動(dòng)的設計功能等等。

Altium Designer 確保 PCB 布局中的 RF 信號完整性

由于集成了場(chǎng)解算器和強大的層堆棧管理器，Altium Designer 擁有一組最佳的路由功能，可確保 RF 信號的完整性。Altium Designer 中的規則驅動(dòng)設計引擎直接從電路板布局中獲取數據，并在創(chuàng )建時(shí)根據信號完整性設計規則檢查布局。這是確保您的設計保持信號完整性、可制造并且具有高良率的最快、更簡(jiǎn)單的方法。

Altium Designer 中規則驅動(dòng)的設計引擎將您的所有設計和布局功能統一到一個(gè)應用程序中，以幫助您保持高效。

最新版本的 Altium Designer 包括一個(gè)集成的場(chǎng)解算器，可確保您的接地設計的共面波導始終具有正確的阻抗。

Altium 365 是業(yè)界唯一允許您從 Web 瀏覽器或 Altium Designer 共享、訪(fǎng)問(wèn)和管理高頻設計數據的平臺。

使用 Altium Designer 中的全套設計功能創(chuàng )建您的高速 PCB

使用地面設計創(chuàng )建共面波導不需要外部場(chǎng)解算器或復雜的 CAD 工具。相反，使用 Altium Designer 中的層堆疊管理器和路由引擎來(lái)創(chuàng )建您的 RF 電路板布局并為制造做好準備。只有 Altium Designer 才能讓您訪(fǎng)問(wèn)一整套電路板設計功能等等。