最佳射頻PCB指南：高速和射頻PCB布線(xiàn)

2022-09-07

最佳射頻PCB指南：高速和射頻PCB布線(xiàn)

高速和射頻PCB布線(xiàn)是一項適合專(zhuān)業(yè)工程師的精細活動(dòng)。如果您是該行業(yè)的新手，您可能會(huì )問(wèn)自己如何有效地開(kāi)始路由。通過(guò)高速，工程師可以更快地將他們的解決方案推向市場(chǎng)。然而，實(shí)現這一目標并不總是像人們想象的那么簡(jiǎn)單。

無(wú)論您的設計多么復雜或簡(jiǎn)單，通過(guò)使用適當的FR PCB布局實(shí)踐，您都可以幫助確保您的高速或RF PCB設計能夠滿(mǎn)足速度和頻率需求，而不會(huì )出現不必要的反射。設計PCB時(shí)要記住的關(guān)鍵一點(diǎn)是，它不僅僅是外觀(guān)的好壞；關(guān)鍵在于它的可靠性、生產(chǎn)速度以及在制造過(guò)程中將節省多少時(shí)間。

本指南將提供優(yōu)化策略的演練，幫助您在高速和射頻PCB項目中實(shí)現最佳布局。

布線(xiàn)高速和射頻PCB的最佳指南

以下是一些有助于布線(xiàn)高速和射頻PCB的最佳實(shí)踐

使用差分對進(jìn)行高速走線(xiàn)

差分對是兩條信號線(xiàn)，它們共享相同的地線(xiàn)，但彼此電隔離。當需要非常長(cháng)的走線(xiàn)時(shí)，例如高速PCB設計中使用的走線(xiàn)，它們可以用來(lái)代替傳統的單端線(xiàn)。差分對比單端線(xiàn)路提供更好的噪聲抑制，因為它們更不受共模信號（即噪聲）的影響。

例如，由單端對中的一根電線(xiàn)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)可以被另一根電線(xiàn)拾取并由接收器放大。在差分對中，這將導致兩條線(xiàn)都變高，這將被檢測為噪聲而不是有效數據。

差分對在RF PCB設計中比單走線(xiàn)有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

差分對比單端信號更不易受噪聲影響。差分電路消除了噪聲，這解釋了為什么它們通常用于HDMI等高速和RF PCB設計。

差分對比單端走線(xiàn)具有更好的阻抗匹配。這使它們能夠提供更多功率并減少長(cháng)電纜運行時(shí)的反射。

差分對提供比單端走線(xiàn)更好的EMI屏蔽，這就是它們也用于USB等低功耗設計的原因。

使用通孔減少短截線(xiàn)長(cháng)度

在布線(xiàn)高速或RF PCB時(shí)，必須盡可能縮短走線(xiàn)短線(xiàn)的長(cháng)度。這可以通過(guò)在您的RF PCB設計中使用通孔來(lái)實(shí)現。例如，如果您有一個(gè)信號需要從電路板的一端傳輸到另一端，并且它們之間有一個(gè)大的接地層，那么使用通孔連接這兩個(gè)點(diǎn)是有意義的。這減少了通過(guò)電路板路由信號所需的銅量，并實(shí)現更好的性能。

當多層RF PCB設計的層之間存在明顯間隙時(shí)，通孔也很有用。例如，如果您在第1層有一個(gè)IC連接到第2層或第3層上的某個(gè)東西，那么您通常會(huì )在兩者之間有一個(gè)沒(méi)有銅跡線(xiàn)的間隙。如果您需要通過(guò)這個(gè)間隙來(lái)路由信號，您可以使用過(guò)孔來(lái)連接它們并形成更短的走線(xiàn)長(cháng)度。

盡可能使用屏蔽走線(xiàn)

屏蔽跡線(xiàn)是被金屬護套包圍的導體，可防止電磁干擾(EMI)進(jìn)入RF PCB。屏蔽走線(xiàn)在無(wú)線(xiàn)通信和射頻識別(RFID)等高頻應用中非常重要。屏蔽有助于防止干擾進(jìn)入或退出電路板并影響RF PCB板上組件的信號完整性。屏蔽還可以防止不需要的信號干擾附近的電路并導致它們之間的串擾。

使用拆分平面進(jìn)行返回電流管理

在布線(xiàn)高速或射頻PCB時(shí)，分割平面是最佳技術(shù)之一。分裂平面是一個(gè)將電流從信號層返回到接地平面的兩層平面。它通過(guò)分離接地層和信號層來(lái)工作，允許每一層都有自己的一組平面。

分割平面最常見(jiàn)的用途是高速信號。在這種情況下，高頻信號所需的大走線(xiàn)寬度會(huì )導致接地層中的電感過(guò)大，從而導致信號走線(xiàn)出現振鈴。通過(guò)將其分成兩層并僅將一半的走線(xiàn)連接到地，您可以顯著(zhù)降低電感，而無(wú)需增加任何額外的電容，因為不需要單獨的返回路徑。這使您可以在電路板上運行非常高的頻率，而不會(huì )出現走線(xiàn)電感引起的問(wèn)題。

將去耦電容靠近電源引腳

去耦電容是一種無(wú)源電子元件。它通過(guò)將電源分流到地或較低的電壓電平來(lái)降低電源噪聲。去耦電容的主要作用是對電源進(jìn)行濾波，確保電源線(xiàn)上沒(méi)有波動(dòng)。

由于去耦電容具有較大的電容值，因此它充當低通濾波器并吸收電路中的高頻噪聲。這樣可以減少電路中的干擾并使其更加穩定。高速信號的頻率可能非常高，因此您必須確保您的去耦電容有足夠的電容來(lái)吸收這些高頻。

使用Via Stitching形成牢固的接地平面

過(guò)孔縫合是在高速或射頻PCB設計中連接兩個(gè)或多個(gè)接地層的最佳方式。該技術(shù)在一個(gè)平面上的跡線(xiàn)和另一個(gè)平面上的相應過(guò)孔之間使用小通孔，從而在平面之間形成導電橋。結果是一個(gè)跨越多個(gè)層的單個(gè)接地層，提供比使用單獨接地層更好的射頻性能。

使用過(guò)孔縫合創(chuàng )建單個(gè)接地層時(shí)，為每個(gè)過(guò)孔使用適當的間距至關(guān)重要，這樣縫合不會(huì )導致走線(xiàn)之間的電氣串擾。一般來(lái)說(shuō)，相鄰跡線(xiàn)中過(guò)孔之間的間距應該是過(guò)孔直徑的十倍左右。不同層上的通孔之間的距離應該是通孔直徑的大約五倍。

旋轉零部件以避免90度角

在布線(xiàn)高速和射頻PCB時(shí)，避免90度角至關(guān)重要。然后將銅跡線(xiàn)以90度連接，信號將在它們之間來(lái)回反彈。這種干擾會(huì )導致信號衰減、信號之間的串擾以及干擾附近其他電路的無(wú)用發(fā)射。

為避免這些RF PCB問(wèn)題，您需要旋轉組件，以免它們以直角連接。最簡(jiǎn)單的方法是旋轉組件上的焊盤(pán)，直到它們形成小于90度的角度。例如，如果一個(gè)焊盤(pán)距離一側的跡線(xiàn)0.1英寸，距離另一側的另一條跡線(xiàn)0.2英寸，則旋轉焊盤(pán)，使其中心線(xiàn)更靠近第一條跡線(xiàn)而不是第二條跡線(xiàn)。

盡可能保持對稱(chēng)的RF PCB布局

有助于布線(xiàn)高速和射頻PCB電路的一件事是保持布局的對稱(chēng)性。這有助于最小化可能位于相鄰層上的信號之間的電感。

例如，在RF PCB上布置天線(xiàn)方向圖時(shí)，最好保持天線(xiàn)元件圍繞電路板的中心線(xiàn)對稱(chēng)。這將有助于減少來(lái)自周?chē)呔€(xiàn)和組件的噪聲和干擾。

保持高速走線(xiàn)圍繞電路板中心線(xiàn)對稱(chēng)也很重要。高速信號將在走線(xiàn)的一側進(jìn)一步傳播，然后再轉向電路板的中心線(xiàn)。這可能會(huì )導致來(lái)自附近走線(xiàn)的不對稱(chēng)反射，從而導致信號失真或退化。

設置禁區

禁區或區域是不應布線(xiàn)的預定義區域。禁區通常用于避開(kāi)敏感組件，例如射頻PCB域中的天線(xiàn)、天線(xiàn)開(kāi)關(guān)和連接器。保留區域是您希望在指定容差范圍內對布局進(jìn)行布線(xiàn)的區域。如果布局布線(xiàn)位于保留區域內，則它必須滿(mǎn)足指定的容差和時(shí)序要求。

識別高速網(wǎng)絡(luò )并調整寬度

識別高速網(wǎng)絡(luò )并相應地調整它們的寬度是制造高速和射頻PCB的關(guān)鍵，這些PCB可以最大限度地減少信號完整性問(wèn)題。

高速網(wǎng)絡(luò )識別

識別電路板上的高速網(wǎng)絡(luò )是為高速或射頻應用設計優(yōu)質(zhì)射頻PCB的第一步。這些網(wǎng)絡(luò )通常包括兩個(gè)設備之間的走線(xiàn)以及從電路板一端到另一端的走線(xiàn)。

您可以通過(guò)查看它們在您的RF PCB設計中的布線(xiàn)方式來(lái)識別這些跡線(xiàn)。它們應該在內層布線(xiàn)，遠離接地層和其他可能導致信號路徑反射的走線(xiàn)。

調整射頻PCB的寬度

一旦你確定了你的高速網(wǎng)絡(luò )，你應該根據它們的阻抗值調整它們的寬度，以確保它們內的適當的信號傳播速度。阻抗值取決于幾個(gè)因素，包括走線(xiàn)長(cháng)度和電介質(zhì)厚度，但一般來(lái)說(shuō)；當兩個(gè)導體之間的距離更大或導體材料（例如銅）內有更多空隙時(shí)，阻抗值會(huì )更高。

最終判決

高速和射頻PCB布線(xiàn)沒(méi)有靈丹妙藥，但遵循這些最佳實(shí)踐將幫助您快速啟動(dòng)下一個(gè)射頻PCB項目并設計不太可能產(chǎn)生不受歡迎的電磁干擾的電路板。話(huà)雖如此，必須了解高速和射頻PCB布線(xiàn)與典型PCB布線(xiàn)沒(méi)有太大區別。它只需要更多地關(guān)注細節。訪(fǎng)問(wèn)韜放電子了解更多關(guān)于高速和射頻PCB的信息。