最佳射频PCB指南：高速和射频PCB布線(xiàn)

2022-09-07

最佳射频PCB指南：高速和射频PCB布線(xiàn)

高速和射频PCB布線(xiàn)是一项适合专业工程师的精细活动。如果您是该行业的新(xīn)手，您可(kě)能(néng)会问自己如何有(yǒu)效地开始路由。通过高速，工程师可(kě)以更快地将他(tā)们的解决方案推向市场。然而，实现这一目标并不总是像人们想象的那么简单。

无论您的设计多(duō)么复杂或简单，通过使用(yòng)适当的FR PCB布局实践，您都可(kě)以帮助确保您的高速或RF PCB设计能(néng)够满足速度和频率需求，而不会出现不必要的反射。设计PCB时要记住的关键一点是，它不仅仅是外观的好坏；关键在于它的可(kě)靠性、生产速度以及在制造过程中将节省多(duō)少时间。

本指南将提供优化策略的演练，帮助您在高速和射频PCB项目中实现最佳布局。

布線(xiàn)高速和射频PCB的最佳指南

以下是一些有(yǒu)助于布線(xiàn)高速和射频PCB的最佳实践

使用(yòng)差分(fēn)对进行高速走線(xiàn)

差分(fēn)对是两条信号線(xiàn)，它们共享相同的地線(xiàn)，但彼此電(diàn)隔离。当需要非常長(cháng)的走線(xiàn)时，例如高速PCB设计中使用(yòng)的走線(xiàn)，它们可(kě)以用(yòng)来代替传统的单端線(xiàn)。差分(fēn)对比单端線(xiàn)路提供更好的噪声抑制，因為(wèi)它们更不受共模信号（即噪声）的影响。

例如，由单端对中的一根電(diàn)線(xiàn)产生的電(diàn)磁场可(kě)以被另一根電(diàn)線(xiàn)拾取并由接收器放大。在差分(fēn)对中，这将导致两条線(xiàn)都变高，这将被检测為(wèi)噪声而不是有(yǒu)效数据。

差分(fēn)对在RF PCB设计中比单走線(xiàn)有(yǒu)几个优点：

差分(fēn)对比单端信号更不易受噪声影响。差分(fēn)電(diàn)路消除了噪声，这解释了為(wèi)什么它们通常用(yòng)于HDMI等高速和RF PCB设计。

差分(fēn)对比单端走線(xiàn)具有(yǒu)更好的阻抗匹配。这使它们能(néng)够提供更多(duō)功率并减少長(cháng)電(diàn)缆运行时的反射。

差分(fēn)对提供比单端走線(xiàn)更好的EMI屏蔽，这就是它们也用(yòng)于USB等低功耗设计的原因。

使用(yòng)通孔减少短截線(xiàn)長(cháng)度

在布線(xiàn)高速或RF PCB时，必须尽可(kě)能(néng)缩短走線(xiàn)短線(xiàn)的長(cháng)度。这可(kě)以通过在您的RF PCB设计中使用(yòng)通孔来实现。例如，如果您有(yǒu)一个信号需要从電(diàn)路板的一端传输到另一端，并且它们之间有(yǒu)一个大的接地层，那么使用(yòng)通孔连接这两个点是有(yǒu)意义的。这减少了通过電(diàn)路板路由信号所需的铜量，并实现更好的性能(néng)。

当多(duō)层RF PCB设计的层之间存在明显间隙时，通孔也很(hěn)有(yǒu)用(yòng)。例如，如果您在第1层有(yǒu)一个IC连接到第2层或第3层上的某个东西，那么您通常会在两者之间有(yǒu)一个没有(yǒu)铜迹線(xiàn)的间隙。如果您需要通过这个间隙来路由信号，您可(kě)以使用(yòng)过孔来连接它们并形成更短的走線(xiàn)長(cháng)度。

尽可(kě)能(néng)使用(yòng)屏蔽走線(xiàn)

屏蔽迹線(xiàn)是被金属护套包围的导體(tǐ)，可(kě)防止電(diàn)磁干扰(EMI)进入RF PCB。屏蔽走線(xiàn)在无線(xiàn)通信和射频识别(RFID)等高频应用(yòng)中非常重要。屏蔽有(yǒu)助于防止干扰进入或退出電(diàn)路板并影响RF PCB板上组件的信号完整性。屏蔽还可(kě)以防止不需要的信号干扰附近的電(diàn)路并导致它们之间的串扰。

使用(yòng)拆分(fēn)平面进行返回電(diàn)流管理(lǐ)

在布線(xiàn)高速或射频PCB时，分(fēn)割平面是最佳技术之一。分(fēn)裂平面是一个将電(diàn)流从信号层返回到接地平面的两层平面。它通过分(fēn)离接地层和信号层来工作，允许每一层都有(yǒu)自己的一组平面。

分(fēn)割平面最常见的用(yòng)途是高速信号。在这种情况下，高频信号所需的大走線(xiàn)宽度会导致接地层中的電(diàn)感过大，从而导致信号走線(xiàn)出现振铃。通过将其分(fēn)成两层并仅将一半的走線(xiàn)连接到地，您可(kě)以显着降低電(diàn)感，而无需增加任何额外的電(diàn)容，因為(wèi)不需要单独的返回路径。这使您可(kě)以在電(diàn)路板上运行非常高的频率，而不会出现走線(xiàn)電(diàn)感引起的问题。

将去耦電(diàn)容靠近電(diàn)源引脚

去耦電(diàn)容是一种无源電(diàn)子元件。它通过将電(diàn)源分(fēn)流到地或较低的電(diàn)压電(diàn)平来降低電(diàn)源噪声。去耦電(diàn)容的主要作用(yòng)是对電(diàn)源进行滤波，确保電(diàn)源線(xiàn)上没有(yǒu)波动。

由于去耦電(diàn)容具有(yǒu)较大的電(diàn)容值，因此它充当低通滤波器并吸收電(diàn)路中的高频噪声。这样可(kě)以减少電(diàn)路中的干扰并使其更加稳定。高速信号的频率可(kě)能(néng)非常高，因此您必须确保您的去耦電(diàn)容有(yǒu)足够的電(diàn)容来吸收这些高频。

使用(yòng)Via Stitching形成牢固的接地平面

过孔缝合是在高速或射频PCB设计中连接两个或多(duō)个接地层的最佳方式。该技术在一个平面上的迹線(xiàn)和另一个平面上的相应过孔之间使用(yòng)小(xiǎo)通孔，从而在平面之间形成导電(diàn)桥。结果是一个跨越多(duō)个层的单个接地层，提供比使用(yòng)单独接地层更好的射频性能(néng)。

使用(yòng)过孔缝合创建单个接地层时，為(wèi)每个过孔使用(yòng)适当的间距至关重要，这样缝合不会导致走線(xiàn)之间的電(diàn)气串扰。一般来说，相邻迹線(xiàn)中过孔之间的间距应该是过孔直径的十倍左右。不同层上的通孔之间的距离应该是通孔直径的大约五倍。

旋转零部件以避免90度角

在布線(xiàn)高速和射频PCB时，避免90度角至关重要。然后将铜迹線(xiàn)以90度连接，信号将在它们之间来回反弹。这种干扰会导致信号衰减、信号之间的串扰以及干扰附近其他(tā)電(diàn)路的无用(yòng)发射。

為(wèi)避免这些RF PCB问题，您需要旋转组件，以免它们以直角连接。最简单的方法是旋转组件上的焊盘，直到它们形成小(xiǎo)于90度的角度。例如，如果一个焊盘距离一侧的迹線(xiàn)0.1英寸，距离另一侧的另一条迹線(xiàn)0.2英寸，则旋转焊盘，使其中心線(xiàn)更靠近第一条迹線(xiàn)而不是第二条迹線(xiàn)。

尽可(kě)能(néng)保持对称的RF PCB布局

有(yǒu)助于布線(xiàn)高速和射频PCB電(diàn)路的一件事是保持布局的对称性。这有(yǒu)助于最小(xiǎo)化可(kě)能(néng)位于相邻层上的信号之间的電(diàn)感。

例如，在RF PCB上布置天線(xiàn)方向图时，最好保持天線(xiàn)元件围绕電(diàn)路板的中心線(xiàn)对称。这将有(yǒu)助于减少来自周围走線(xiàn)和组件的噪声和干扰。

保持高速走線(xiàn)围绕電(diàn)路板中心線(xiàn)对称也很(hěn)重要。高速信号将在走線(xiàn)的一侧进一步传播，然后再转向電(diàn)路板的中心線(xiàn)。这可(kě)能(néng)会导致来自附近走線(xiàn)的不对称反射，从而导致信号失真或退化。

设置禁區(qū)

禁區(qū)或區(qū)域是不应布線(xiàn)的预定义區(qū)域。禁區(qū)通常用(yòng)于避开敏感组件，例如射频PCB域中的天線(xiàn)、天線(xiàn)开关和连接器。保留區(qū)域是您希望在指定容差范围内对布局进行布線(xiàn)的區(qū)域。如果布局布線(xiàn)位于保留區(qū)域内，则它必须满足指定的容差和时序要求。

识别高速网络并调整宽度

识别高速网络并相应地调整它们的宽度是制造高速和射频PCB的关键，这些PCB可(kě)以最大限度地减少信号完整性问题。

高速网络识别

识别電(diàn)路板上的高速网络是為(wèi)高速或射频应用(yòng)设计优质射频PCB的第一步。这些网络通常包括两个设备之间的走線(xiàn)以及从電(diàn)路板一端到另一端的走線(xiàn)。

您可(kě)以通过查看它们在您的RF PCB设计中的布線(xiàn)方式来识别这些迹線(xiàn)。它们应该在内层布線(xiàn)，遠(yuǎn)离接地层和其他(tā)可(kě)能(néng)导致信号路径反射的走線(xiàn)。

调整射频PCB的宽度

一旦你确定了你的高速网络，你应该根据它们的阻抗值调整它们的宽度，以确保它们内的适当的信号传播速度。阻抗值取决于几个因素，包括走線(xiàn)長(cháng)度和電(diàn)介质厚度，但一般来说；当两个导體(tǐ)之间的距离更大或导體(tǐ)材料（例如铜）内有(yǒu)更多(duō)空隙时，阻抗值会更高。

最终判决

高速和射频PCB布線(xiàn)没有(yǒu)灵丹妙药，但遵循这些最佳实践将帮助您快速启动下一个射频PCB项目并设计不太可(kě)能(néng)产生不受欢迎的電(diàn)磁干扰的電(diàn)路板。话虽如此，必须了解高速和射频PCB布線(xiàn)与典型PCB布線(xiàn)没有(yǒu)太大區(qū)别。它只需要更多(duō)地关注细节。访问韬放電(diàn)子了解更多(duō)关于高速和射频PCB的信息。