射頻PCB布線準則用來抑制噪聲

發表時間:2021-05-02 09:37:56 人氣:272

從雷達到WiFi和對講機,RF設計已成為我們日常生活中的固定設備,從而使RF PCB布線指南成為我們日常設計中的固定設備。射頻范圍內的頻率范圍從數千到數十億Hz,并且這些頻率存在于大量的模擬/混合信號設備中。板不必出現在通信設備中即可被歸類為RF電路,但是許多相同的設計規則將適用。


射頻PCB布線指南:射頻信號和您的疊層



布線RF板以確保信號完整性與設計正確的層堆棧和鋪設走線一樣重要。通過在PCB中放置正確的疊層,可以抑制信號線中的傳輸線效應。


雖然通常根據數字信號進行討論,但是當走線用作傳輸線時,阻抗不連續處的信號反射會影響模擬信號。當沿著互連的傳播延遲大于模擬信號振蕩周期的四分之一時,您將需要擔心傳輸線的影響,并確保跡線阻抗匹配。


盡管模擬信號跡線中的反射信號會自然衰減,但模擬跡線會不斷被諧波源泵浦,如果在阻抗不連續處反射,反射信號會在跡線中形成駐波。信號走線中的自然衰減只會衰減共振時的最大振幅,而不能完全消除共振。


傳輸線上的任何模擬信號諧振都可以沿著走線形成駐波(取決于幾何形狀),從而產生高振幅電場,該電場可以在電路板的其他區域引發噪聲。如果走線與源和負載組件的阻抗匹配,則可以消除此問題。


那么,如何確保走線始終保持阻抗匹配?首先,應在層堆疊中使用阻抗控制設計。這樣可以確保在信號層中布線的走線在特定公差范圍內具有定義的值。您只需要擔心源和負載組件的阻抗與此值匹配。換句話說,如果互連末端的一個組件的阻抗與信號走線的阻抗不同,則必須補償該組件的阻抗,而不是走線本身。


一些射頻路由基礎知識


由于走線的阻抗非常重要,因此您的布線技術應考慮與以下因素有關的所有因素:


l 來自其他走線/組件的EMI,對外部振蕩磁場的敏感性以及電路板輻射的EMI


l 電源與地之間的去耦


l 防止射頻信號走線之間的耦合


l 任何會增加走線,電源和負載之間的阻抗失配的因素


l 防止會強烈輻射到電路板其他區域或外部電路板的共振


l 避免尖銳的形狀以消除阻抗不連續


l 對RF信號使用屏蔽走線


l 通過同一層和其他層上的間隙將RF跡線分開


在高頻下,RF信號可能會影響其他電路,也可能會受到其他信號的影響。這就是保護射頻走線重要的原因。關鍵方法包括良好的接地,屏蔽和濾波。


盡管這是一個很高的要求,但您無法始終滿足所有要求。以下幾點應引起更多關注,取決于您的電路板的特定應用。


盡管RF PCB布線指南的清單很廣泛,但以下是一些需要考慮的重要指南:


為了抑制從電路到電源網絡的輻射,可以使用接地的過孔將電源層包圍。將電源平面放置在兩個接地平面之間也是一個好主意,因為這將使整個板上的電源平面和接地平面充分解耦。


對于更高頻率的RF電路,承載模擬信號的走線將需要很短,以防止傳輸線影響。線之間的間距應盡可能大,并且不應在很長的距離內將它們靠近布置。平行微帶走線之間的耦合隨著平行布線距離的增加和分離距離的減小而增加。


一旦計算出給定疊層所需的走線幾何形狀,就應盡量減少走線上的過孔使用,因為每個過孔都會增加互連的阻抗。除了增加阻抗外,過孔上留下的任何短線都將充當高頻諧振器。為了防止在存根中形成駐波,因為存根中的諧振信號可以充當強輻射體或天線,因此應對通孔進行反向鉆孔。


如果需要將RF信號線布線到另一層,則可以并聯使用兩個過孔,以使總的額外電感和阻抗最小化。并聯的兩個通孔的總阻抗和電感為單個通孔的一半。當由于布線限制而需要在RF信號線中放置彎頭時,您將需要使用至少為走線寬度3倍的彎頭半徑。這將最小化因彎曲走線而引起的阻抗變化。


射頻板作為混合信號設備


除非您的RF板是多板系統的一部分,否則您的RF PCB可能是混合信號設備。有些設備是例外,例如RF放大器。因此,在使用這些系統時,您將需要考慮標準的混合信號設計技術。其中一些設備將具有無線功能,因此無線設計規則也將在您的設計過程中發揮作用。


對于RF設備,您可能會在電路板上包括其他支持RF組件并提供更多功能的模擬電路。在這種情況下,您應該嘗試將敏感的RF組件與其他模擬組件分開,以避免將模擬返回信號路由到敏感的RF電路塊下面。


您需要遵循混合信號設計的最佳實踐,包括正確分割接地層,小心放置混合信號IC以及正確布置模擬電源和接地部分。您的目標應該是減少數字部分的噪聲,使其不耦合到RF模擬部分,反之亦然。如果要設計這種類型的板,請注意一些用于布線混合信號PCB的基本規則。


出色的仿真程序包可從PCB設計程序包中獲取數據,可輕松確定適合特定應用的最佳設計選擇。射頻設計中有很多問題要考慮,因為正確的設計選擇在很大程度上取決于主要工作頻率,以及射頻板是否真的是混合信號板。


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