在 PCB 中设计接地共面波导

2021-07-14

在 PCB 中设计接地共面波导

以高频运行的 RF 设计需要与数字组件、电源子系统和可能降低信号质量的外部噪声源高度隔离。许多 RF 设计中的一种选择是与地共面的波导，因为这可以与外部层上的受控阻抗路由一起使用。当您需要在 RF PCB 设计中使用带接地布线的共面波导时，请使用业界最佳的布线功能集。只有 Altium Designer 包含阻抗控制路由工具集，以确保您的共面波导设计有助于射频信号完整性。

业界最佳的 PCB 设计和布局平台，用于射频设计和带接地布线的共面波导。

RF 系统对现代生活与电源系统一样重要，但 RF 系统可能特别容易受到来自电子系统任何其他部分的噪声的影响。每当您的 RF PCB 布局中出现噪声问题时，您都需要重新排列组件以防止噪声耦合到 RF 部分，或者您需要应用屏蔽以确保您的设计具有足够的抗噪能力。有多种方法可以在不使用屏蔽罐或修改 RF 布局的情况下应用屏蔽。

接地共面波导是路由具有隔离和低损耗的 RF 互连的绝佳选择。这些波导是开放的，一些场线将被限制在 PCB 基板上方的空气中。然而，共面波导可以很容易地设计为具有受控阻抗，并且周围的接地覆铜提供与 RF PCB 布局的其他部分的屏蔽。最好的设计软件可以帮助您自动化 PCB 中的共面波导设计和布线，帮助您在 RF PCB 设计过程中保持高效。

了解与地面共面的波导

共面波导是开放式准 TEM 波导几何结构，它使用覆铜和接地平面沿 PCB 迹线的长度提供屏蔽。需要设计 PCB 走线宽度和接地铜区域的间距，以将设计阻抗设置为所需值。这为设计人员提供了一种简单的射频走线布线方法，无需对屏蔽罐应用额外的屏蔽，也无需使用带通孔的内部层进行布线。下图显示了典型的接地共面波导。

具有接地横截面几何形状的共面波导。

对此的一个变体是与地面不同的共面波导。就像差分微带一样，两个中央微带在表面层上彼此并排布线，并以相反的极性驱动。除了与 RF 系统中的其他电路块隔离之外，这还提供了共模噪声消除。无论您计划在 RF PCB 中使用哪种布线方式，您都需要在设计 RF 电路板时设置波导的阻抗。

使用最佳设计软件进行阻抗控制

不幸的是，没有精确的封闭式公式可用于计算每个参数范围内的接地共面波导阻抗。因此，设计人员需要依靠横截面 2D 场求解器来确定其波导结构的阻抗。最好的 PCB 布线工具可以采用该阻抗值和相应的几何形状，并将在整个设计过程中强制执行。

这正是您可以在 Altium Designer 中找到的内容。Altium Designer 中的布线引擎会强制执行您从 PCB 叠层创建的阻抗配置文件，并在创建布局时应用它。此外，可以使用 DRC 引擎检查阻抗偏差，以确保电路板中的共面波导路由策略具有受控阻抗。

RF 互连通常在电气上很长，并且总是像传输线一样工作。需要阻抗控制来确保低反射损耗和向互连负载传输的功率。

在 PCB 内层布线的波导称为基板集成波导。这些波导结构可以在有或没有导体的情况下使用。

一种相关类型的接地共面波导是模式选择传输线。这些波导具有与接地共面波导相同类型的横截面，但与信号波长相比具有更大的宽度。

使用 Altium Designer 中强大的布线功能在任何 PCB 中布线 RF 互连。

射频 PCB 叠层设计的重要性

RF 系统的叠层必须设计为提供阻抗控制，以及 PDN 中足够的屏蔽和载流能力。您使用的叠层将确定模拟信号的完整性，并确保有足够的层数来提供电路板中其他重要电路的布线。获得正确的层堆栈对于具有接地设计的共面波导很重要。

设计与地共面的波导，必须在表层下方有一个地平面，并且表层周围的接地覆铜需要通过过孔回接地。接地覆铜和内部接地平面将设置共面波导的阻抗，并将提供射频互连所需的隔离，以确保信号完整性。正确安排这种安排需要您的 PCB 设计软件中最好的叠层设计工具。

Altium Designer 的堆栈管理器和布线工具确保信号完整性

Altium Designer 的层堆栈管理器让您可以在单个实用程序中设计堆栈并计算互连阻抗。在 Altium Designer 的层堆叠管理器中，设计人员可以选择层排列和层压厚度，集成的场解算器将立即确定达到目标阻抗的波导几何形状。这个简单的工具将许多强大的功能整合到一个实用程序中，可以轻松设置共面波导、微带线和带状线的阻抗。

一旦您创建了 PCB 层堆栈，Altium Designer 中的 PCB 编辑器将在您布线 RF PCB 迹线和波导时自动执行您的阻抗设置。阻抗配置文件和走线宽度规则会自动执行，并且在线 DRC 引擎会在您创建 RF PCB 布局时根据您的所有设计规则检查您的布线。这有助于您在设计阶段的早期发现错误。

最好的 PCB 叠层设计工具将考虑您的电路板层压材料中的色散，并将其包含在阻抗计算中。

Altium Designer 的层堆栈管理器可以轻松定义电路板几何形状并确定受控阻抗所需的横截面参数。

Altium Designer 中的层堆栈管理器易于使用，并集成了强大的场解算器，用于计算共面波导的阻抗。

Altium Designer 中的层堆栈管理器非常适合设计复杂的堆栈以支持任何布线几何结构，包括与地面共面的波导。

使用规则驱动的设计工具确保信号完整性

规则驱动的 PCB 设计工具将帮助您在创建 PCB 布局时保持高效。这些工具旨在强制执行重要的 DFM 规则、信号完整性要求以及 RF PCB 布局中的共面波导几何形状。带有在线 DRC 引擎的规则驱动设计软件将在您创建 PCB 布局时为您运行这些检查。很容易快速发现、修复和防止电路板设计中的错误。

当您布线共面波导时，您可以在 RF 迹线周围放置覆铜，规则驱动的设计引擎将自动应用覆铜间隙和过孔间距要求，以确保设计中的阻抗控制。Altium Designer 为您提供这些规则驱动的设计功能等等。

Altium Designer 确保 PCB 布局中的 RF 信号完整性

由于集成了场解算器和强大的层堆栈管理器，Altium Designer 拥有一组最佳的路由功能，可确保 RF 信号的完整性。Altium Designer 中的规则驱动设计引擎直接从电路板布局中获取数据，并在创建时根据信号完整性设计规则检查布局。这是确保您的设计保持信号完整性、可制造并且具有高良率的最快、更简单的方法。

Altium Designer 中规则驱动的设计引擎将您的所有设计和布局功能统一到一个应用程序中，以帮助您保持高效。

最新版本的 Altium Designer 包括一个集成的场解算器，可确保您的接地设计的共面波导始终具有正确的阻抗。

Altium 365 是业界唯一允许您从 Web 浏览器或 Altium Designer 共享、访问和管理高频设计数据的平台。

使用 Altium Designer 中的全套设计功能创建您的高速 PCB

使用地面设计创建共面波导不需要外部场解算器或复杂的 CAD 工具。相反，使用 Altium Designer 中的层堆叠管理器和路由引擎来创建您的 RF 电路板布局并为制造做好准备。只有 Altium Designer 才能让您访问一整套电路板设计功能等等。