Højfrekvent printkortdesign: faktorer, der påvirker RF-signalets ydeevne
Med stigningen af Internet of Things-teknologien bliver det mere og mere almindeligt, at elektroniske produkter bærer trådløse kommunikationsfunktioner, og trådløs kommunikationsteknologi er afhængig af RF-kredsløbet på printkortet for at opnå. Desværre er selv PCB-designere for RF-kredsløb også ofte uoverkommelige, fordi det medfører enorme designudfordringer og kræver professionelle design- og simuleringsanalyseværktøjer. På grund af dette er RF-delen af printkortet i mange år designet af uafhængige designere med RF-designekspertise.
RF-kredsløbsdesigningeniøren er flyttet ud af 18 kampsport efter en hård operation designet RF-kredsløbslayoutet nedenfor og eksporteret DXF-formatet til printkortlayoutet til kopiering. Er det ikke sejt?
Efter PCB-design Siege Lion importerede RF-kredsløb DXF-formatfilen, fandt det, at sporet har både rette vinkler og skarpe hjørner. Jeg tænkte ved mig selv, emmm, denne radiofrekvens er ægte vand, og lønnen er højere end arbejdskraft og kapital, så det er ikke nødvendigt at undgå skarp affasning og bueovergang. Forstå, og derefter optimeret routingen af RF-kredsløbsdelen
resultat…
For at undgå misforståelser i fremtiden råbte radiofrekvensbakterierne layoutbakterierne ud efter arbejde, lukkede døren og håndtaget for at styre nogle relaterede punkter i radiofrekvens PCB-design.
Ifølge radiofrekvens kredsløbsteori, når bølgelængden af signalet, der transmitteres på signalforbindelsesledningen, kan sammenlignes med den geometriske størrelse af det diskrete kredsløbselement, er puden til radiofrekvens IC-stiften, transmissionslinjen for radiofrekvenssignalet på PCB, den radiofrekvente passive enhed, Vias og endda jordforbundet kobber er vigtige faktorer, der i alvorlig grad påvirker ydeevnen for RF-signaler.
Microstrip line er et ideelt valg til højfrekvent signal transmission på printkort. Medmindre forbindelsesafstanden mellem IC og antenne er meget kort, skal du bruge koaksialkabel eller transmissionsledning med matchende karakteristisk impedans. På printkortet er det bedst at anvende en microstrip-transmissionslinie med strukturen vist i figuren nedenfor.
Microstrip-transmissionslinjen inkluderer et metalspor med fast bredde (leder) og et jordareal direkte under (tilstødende lag). For eksempel kræver spor på lag 1 (topmetal) et solidt jordareal på lag 2. Sporets bredde, tykkelsen af det dielektriske lag og typen af dielektrikum bestemmer den karakteristiske impedans (normalt 50Ω eller 75Ω).
Selvfølgelig er der ud over mikrostripslinjen også en fælles transmissionslinie, der er stripelinjen, som vist i nedenstående figur
Striplinen inkluderer spor i fast bredde på det indre lag og jordforbindelse over og under det. Lederen kan placeres midt i jorden eller have en bestemt forskydning. Denne metode er velegnet til den indre radiofrekvensrute.
Da stripline også er velegnet til RF-routing, hvorfor siger Lao Wu, at microstrip line er et ideelt valg til transmission med høj frekvens på PCB?
Uanset om det er en microstrip-linje eller en stripline, har begge fremragende ydeevne til transmission af millimeterbølgefrekvenser, og forskellen ligger i produktionsomkostningerne.
Sammenlignet med stripline-kredsløb har microstrip-kredsløb færre behandlingstrin, og kredsløbskomponenter er lettere at placere og derfor lettere at fremstille (lavere produktionsomkostninger). Sammenlignet med microstrip-linjer kan stripelinjer give mere isolering for tilstødende kredsløb og understøtte et tættere komponentlayout. Derudover er stripline-kredsløb også meget velegnede til fremstilling af flerlagskredsløb, og hvert lag kan isoleres godt.
De elektriske egenskaber ved mikrobånd og stripline ledere påvirkes af isoleringsmaterialets dielektriske konstant og nærhedens virkning af jordlaget. Microstrip-linjen har kun et jordplan, mens stripline har to jordplaner. For en mikrostripslinje er den effektive dielektriske konstant, der påvirker lederens impedans, summen af det relative dielektriske konstant af det isolerende materiale og luften over kredsløbet (lig med 1). Den effektive dielektriske konstant for båndlinjen er summen af de relative dielektriske konstanter af lederens øvre og nedre substrater.
Som med alle højfrekvente kredsløb er det vigtigt at holde impedansen under kontrol for at opnå ensartet amplitude og faserespons elektrisk ydelse. Impedansen af lederne af de to transmissionslinjer er blandt andre faktorer en funktion af lederens bredde, lederens tykkelse, tykkelsen af det isolerende substrat og den relative permittivitet eller dielektriske konstant af substratet. For stripelinjer betyder det ikke noget, om afstanden mellem centerlederen og de to jordplaner er ens, eller om de dielektriske konstanter for isolatorerne over og under lederen er de samme (det samme gælder for mikrostriplinjer).
Striplinen har to jordplaner, så streglinjens 50Ω (eller en hvilken som helst given impedans) linje er tyndere end lederen af den samme impedans af mikrostripslinjen. Selvom tyndere ledninger understøtter større kredsløbstæthed, kræver tyndere ledninger også strammere fremstillingstolerancer, og den dielektriske konstant for hele kredsløbssubstratet skal være meget konsistent. Det dielektriske tab af den ene ende (ubalanceret) transmissionslinie i mikrostrimmelledningen (defineret af substratets spredningsfaktor) er mindre end striplinjens. Dette skyldes, at nogle feltlinjer i microstrip-linjen er i luften, og spredningsfaktoren kan ignoreres.
Naturligvis er ydelsen af disse to transmissionslinjer faktisk næsten den samme som ydeevnen for den bærer, der anvendes i deres fremstilling - det isolerende substrat. Ligesom de anvendte printkortmaterialer, såsom FR-4, kan reducere omkostningerne, men samtidig begrænse dets ydeevne. I henhold til forskellige mikrostripslinjer og striplinjeanvendelser vil valg af det mest egnede materiale bedre spille rollen som disse to transmissionslinjer. fordel.
Som med mange tekniske beslutninger vil valget af microstrip eller stripline blive vejet. For eksempel har stripline-kredsløb en høj kredsløbstæthed. Derfor kræver de under de samme frekvensforhold flere materialelag, mere behandlingstid og udgift og mere opmærksomhed på detaljeret behandling end mikrostripkredsløb.
Sammenlignet med almindelige mikrostriplinjer og striplinjer er der en anden type radiofrekvensoverføringslinje, der er jordforbundet, coplanar bølgeleder, som giver bedre isolering mellem tilstødende radiofrekvensledninger og andre signalledninger. Dette medium inkluderer mellemlederen og jordforbindelsesområdet på begge sider og nedenunder som vist nedenfor:
Det anbefales at installere via "hegn" på begge sider af den jordforbundne coplanar bølgeleder, som vist i figuren nedenfor. Denne ovenfra viser et eksempel på installation af en række jordvias i det øverste metaljordområde på hver side af mellemlederen. Loopstrømmen forårsaget på det øverste lag kortsluttes til jordplanet nedenfor.
Sammenlignet med microstrip-linjen har den jordforbundne coplanar bølgeleder ikke kun et jordplan på bundens overflade, men har også jordplan på begge sider af signaltransmissionsledningen øverst på mediet, så det har en større jord areal. Den coplanære bølgeleder opnår stabiliteten af den elektriske ydeevne ved at bruge jordplanet til at omgive signallinjen.
Transmissionstilstandene for mikrostripslinjen og det jordforbundne coplanar bølgelederkredsløb er begge kvasi-tværgående elektromagnetiske tilstande (kvasi-TEM). På grund af den forbedrede jordforbindelse af det jordede coplanar bølgelederkredsløb er dets bearbejdning til en vis grad mere kompliceret. Sammenlignet med microstrip-linjen har det jordforbundne coplanar bølgelederkredsløb egenskaberne ved lav dispersion. Når frekvensen stiger til millimeterbølgebåndet, har det jordforbundne coplanar bølgelederkredsløb lavere strålingstab end mikrostripslinjekredsløbet.
På grund af den forbedrede jordforbindelse har det jordforbundne coplanar bølgelederkredsløb en bredere effektiv båndbredde og et større impedansområde end mikrostripkredsløbet. Microstrip-kredsløbets struktur er imidlertid relativt robust, og dens enkle bundbundskredsløb er let at behandle. Derudover er ydeevnen for mikrobåndskredsløbet ikke følsom over for kredsløbsbehandlingsfaktorer, og dets kredsløbsydelse påvirkes mindre af forskellen i leder / mellemrumsetsning og forskellen i ledertykkelse.
De skarpe bøjninger i RF-kredsløbslayoutet er specielt designet til transmissionslinjebøjningskompensation.
Når transmissionsledningen skal bøjes (ændre retning) på grund af ledningsbegrænsninger, skal den anvendte bøjningsradius være mindst 3 gange bredden af den mellemliggende leder. Med andre ord:
Bøjningsradius ≥ 3 × (stregbredde).
Dette minimerer den karakteristiske impedansændring af hjørnet.
Hvis det er umuligt at opnå gradvis bøjning, kan transmissionsledningen bøjes vinkelret (ikke-buet) som vist i nedenstående figur. Dette skal dog kompenseres for at reducere den pludselige ændring i impedans forårsaget af stigningen i den lokale effektive linjebredde, når den passerer gennem bøjningspunktet.
Vores andet produkt:
