射頻(RF)電路板設計由于在理論上還有很多不確定性,因此常被形容為一種“黑色藝術”,射頻板和高速PCB在信號走線時需要遵循一定的規則來保證性能,歸納來說,關注的要點是阻抗匹配、損耗和延時,接下來就給大家分享一些實用規則和技巧,為射頻PCB設計和問題定位提供幫助。
射頻PCB布線類型
微帶線:走線在PCB表面,有1 個金屬面參考地;
帶狀線:走線在PCB內部中間位置,有上下2個金屬面參考地;
耦合線:同一平面平行耦合走線,有1個參考地的稱為耦合微帶線,有2個參考地的稱為耦合帶狀線;
共面波導:同一平面平行耦合走線,沒有參考地;
多層板:上述走線的PCB版多層粘合在一起,綜合布線;
對于多層板,只有頂層和底層才是微帶線類型,除了參考地和電源層以外其它的走線層信號線屬于帶狀線類型。
RF走線過彎規則
當PCB上RF走線出現直角或銳角拐角時,會產生額外的寄生電容和寄生電感?為避免這種情況,可以選用兩種改進方法:建議最好的一種方法是圓角,如果位置空間不允許圓弧走線,直角處應采用倒角,將90°拐角倒角變成兩個45°。圓角或拐角長度至少等于走線寬度三倍?
傳輸線應盡可能保持直線,需要改變方向時,建議使用至少等于走線寬度三倍的半徑彎曲,左圖所示,特性阻抗的變化最小。如果位置空間不允許圓弧走線,直角處應采用倒角,如右圖所示。
RF走線阻抗匹配規則
當射頻信號在PCB上傳輸時,PCB板上傳輸線的特性阻抗必須與其相連元件的阻抗相匹配,阻抗值偏差過大,會造成信號反射、散射、衰減和延時頻響惡化等現象,從而導致信號不完整、信號失真。布線線寬的變化會造成線路特性阻抗的不均勻,同一傳輸路徑的布線寬度應保持一致。在某些條件下,如元件引腳焊盤類似的結構時,可能無法避免線寬的變化,應該盡量減少阻抗不一致部分的長度。
RF走線短線規則
設計走線長度盡量短,以減少互耦和干擾問題。特別是一些相關RF器件之間盡量靠近,如時鐘線盡量短,將其振蕩器貼近器件。對驅動多個器件的情況,應根據具體情況決定采用何種網絡拓撲結構。
RF走線的斷頭和殘樁檢查規則
在PCB布線時,為了避免“天線效應”和反射,不允許出現一端開路的斷頭走線,以及插接元件過孔后突出參考地平面的“殘樁”。
器件電源端去耦和濾波規則
在元器件電源端增加必要的去耦電容,濾除電源上的干擾信號,確保電源信號穩定。
射頻走線的隔離與屏蔽
為了減少線間串擾,應保證線間距足夠大,當線中心間距不少于3倍線寬時,則可保持70%的電場不互相干擾,稱為3W規則。如要達到98%的電場不互相干擾,可使用10W的間距。
RF走線盡量避免相鄰平行。在 PCB 布線時,本層和相鄰層不同的信號線走線方向正交(垂直),避免平行。當受到結構和空間限制必須平行走線時,應用參考地隔離各信號線。相鄰層的走線方向示意圖如下圖。
射頻微波板在設計時要加上“過孔屏蔽墻”,就是在PCB上與屏蔽腔壁緊貼的部位加上接地的過孔,這樣就形成了相對隔離的屏蔽區域。對于分區屏蔽較高的場合,需要在過孔屏蔽墻的基礎上,安裝金屬屏蔽墻。
過孔屏蔽墻的設計要求:
有兩排以上的過孔;
兩排過孔相互錯開;
同一排的過孔間距要小于λ/20;
接地的PCB銅箔與屏蔽腔壁壓接的部位禁止有阻焊。
金屬屏蔽墻安裝要求:
射頻信號線在頂層穿過屏蔽壁時,要在屏蔽腔相應位置開一個槽門,門高大于 0.5mm;
門寬要保證安裝屏蔽壁后信號線與屏蔽體間的距離大于 1mm;
在屏蔽腔面積一定時, 要提高屏蔽腔的最低諧振頻率,需增加長寬比,避免正方形的腔體;
為保證裝配和返修, 金屬屏蔽罩周圍5mm范圍內不能有超過其高度的器件。