最佳射頻PCB指南：高速和射頻PCB布線

2022-09-07

最佳射頻PCB指南：高速和射頻PCB布線

高速和射頻PCB布線是一項適合專業工程師的精細活動。如果您是該行業的新手，您可能會問自己如何有效地開始路由。通過高速，工程師可以更快地將他們的解決方案推向市場。然而，實現這一目標并不總是像人們想象的那么簡單。

無論您的設計多么復雜或簡單，通過使用適當的FR PCB布局實踐，您都可以幫助確保您的高速或RF PCB設計能夠滿足速度和頻率需求，而不會出現不必要的反射。設計PCB時要記住的關鍵一點是，它不僅僅是外觀的好壞；關鍵在于它的可靠性、生產速度以及在制造過程中將節省多少時間。

本指南將提供優化策略的演練，幫助您在高速和射頻PCB項目中實現最佳布局。

布線高速和射頻PCB的最佳指南

以下是一些有助于布線高速和射頻PCB的最佳實踐

使用差分對進行高速走線

差分對是兩條信號線，它們共享相同的地線，但彼此電隔離。當需要非常長的走線時，例如高速PCB設計中使用的走線，它們可以用來代替傳統的單端線。差分對比單端線路提供更好的噪聲抑制，因為它們更不受共模信號（即噪聲）的影響。

例如，由單端對中的一根電線產生的電磁場可以被另一根電線拾取并由接收器放大。在差分對中，這將導致兩條線都變高，這將被檢測為噪聲而不是有效數據。

差分對在RF PCB設計中比單走線有幾個優點：

差分對比單端信號更不易受噪聲影響。差分電路消除了噪聲，這解釋了為什么它們通常用于HDMI等高速和RF PCB設計。

差分對比單端走線具有更好的阻抗匹配。這使它們能夠提供更多功率并減少長電纜運行時的反射。

差分對提供比單端走線更好的EMI屏蔽，這就是它們也用于USB等低功耗設計的原因。

使用通孔減少短截線長度

在布線高速或RF PCB時，必須盡可能縮短走線短線的長度。這可以通過在您的RF PCB設計中使用通孔來實現。例如，如果您有一個信號需要從電路板的一端傳輸到另一端，并且它們之間有一個大的接地層，那么使用通孔連接這兩個點是有意義的。這減少了通過電路板路由信號所需的銅量，并實現更好的性能。

當多層RF PCB設計的層之間存在明顯間隙時，通孔也很有用。例如，如果您在第1層有一個IC連接到第2層或第3層上的某個東西，那么您通常會在兩者之間有一個沒有銅跡線的間隙。如果您需要通過這個間隙來路由信號，您可以使用過孔來連接它們并形成更短的走線長度。

盡可能使用屏蔽走線

屏蔽跡線是被金屬護套包圍的導體，可防止電磁干擾(EMI)進入RF PCB。屏蔽走線在無線通信和射頻識別(RFID)等高頻應用中非常重要。屏蔽有助于防止干擾進入或退出電路板并影響RF PCB板上組件的信號完整性。屏蔽還可以防止不需要的信號干擾附近的電路并導致它們之間的串擾。

使用拆分平面進行返回電流管理

在布線高速或射頻PCB時，分割平面是最佳技術之一。分裂平面是一個將電流從信號層返回到接地平面的兩層平面。它通過分離接地層和信號層來工作，允許每一層都有自己的一組平面。

分割平面最常見的用途是高速信號。在這種情況下，高頻信號所需的大走線寬度會導致接地層中的電感過大，從而導致信號走線出現振鈴。通過將其分成兩層并僅將一半的走線連接到地，您可以顯著降低電感，而無需增加任何額外的電容，因為不需要單獨的返回路徑。這使您可以在電路板上運行非常高的頻率，而不會出現走線電感引起的問題。

將去耦電容靠近電源引腳

去耦電容是一種無源電子元件。它通過將電源分流到地或較低的電壓電平來降低電源噪聲。去耦電容的主要作用是對電源進行濾波，確保電源線上沒有波動。

由于去耦電容具有較大的電容值，因此它充當低通濾波器并吸收電路中的高頻噪聲。這樣可以減少電路中的干擾并使其更加穩定。高速信號的頻率可能非常高，因此您必須確保您的去耦電容有足夠的電容來吸收這些高頻。

使用Via Stitching形成牢固的接地平面

過孔縫合是在高速或射頻PCB設計中連接兩個或多個接地層的最佳方式。該技術在一個平面上的跡線和另一個平面上的相應過孔之間使用小通孔，從而在平面之間形成導電橋。結果是一個跨越多個層的單個接地層，提供比使用單獨接地層更好的射頻性能。

使用過孔縫合創建單個接地層時，為每個過孔使用適當的間距至關重要，這樣縫合不會導致走線之間的電氣串擾。一般來說，相鄰跡線中過孔之間的間距應該是過孔直徑的十倍左右。不同層上的通孔之間的距離應該是通孔直徑的大約五倍。

旋轉零部件以避免90度角

在布線高速和射頻PCB時，避免90度角至關重要。然后將銅跡線以90度連接，信號將在它們之間來回反彈。這種干擾會導致信號衰減、信號之間的串擾以及干擾附近其他電路的無用發射。

為避免這些RF PCB問題，您需要旋轉組件，以免它們以直角連接。最簡單的方法是旋轉組件上的焊盤，直到它們形成小于90度的角度。例如，如果一個焊盤距離一側的跡線0.1英寸，距離另一側的另一條跡線0.2英寸，則旋轉焊盤，使其中心線更靠近第一條跡線而不是第二條跡線。

盡可能保持對稱的RF PCB布局

有助于布線高速和射頻PCB電路的一件事是保持布局的對稱性。這有助于最小化可能位于相鄰層上的信號之間的電感。

例如，在RF PCB上布置天線方向圖時，最好保持天線元件圍繞電路板的中心線對稱。這將有助于減少來自周圍走線和組件的噪聲和干擾。

保持高速走線圍繞電路板中心線對稱也很重要。高速信號將在走線的一側進一步傳播，然后再轉向電路板的中心線。這可能會導致來自附近走線的不對稱反射，從而導致信號失真或退化。

設置禁區

禁區或區域是不應布線的預定義區域。禁區通常用于避開敏感組件，例如射頻PCB域中的天線、天線開關和連接器。保留區域是您希望在指定容差范圍內對布局進行布線的區域。如果布局布線位于保留區域內，則它必須滿足指定的容差和時序要求。

識別高速網絡并調整寬度

識別高速網絡并相應地調整它們的寬度是制造高速和射頻PCB的關鍵，這些PCB可以最大限度地減少信號完整性問題。

高速網絡識別

識別電路板上的高速網絡是為高速或射頻應用設計優質射頻PCB的第一步。這些網絡通常包括兩個設備之間的走線以及從電路板一端到另一端的走線。

您可以通過查看它們在您的RF PCB設計中的布線方式來識別這些跡線。它們應該在內層布線，遠離接地層和其他可能導致信號路徑反射的走線。

調整射頻PCB的寬度

一旦你確定了你的高速網絡，你應該根據它們的阻抗值調整它們的寬度，以確保它們內的適當的信號傳播速度。阻抗值取決于幾個因素，包括走線長度和電介質厚度，但一般來說；當兩個導體之間的距離更大或導體材料（例如銅）內有更多空隙時，阻抗值會更高。

最終判決

高速和射頻PCB布線沒有靈丹妙藥，但遵循這些最佳實踐將幫助您快速啟動下一個射頻PCB項目并設計不太可能產生不受歡迎的電磁干擾的電路板。話雖如此，必須了解高速和射頻PCB布線與典型PCB布線沒有太大區別。它只需要更多地關注細節。訪問韜放電子了解更多關于高速和射頻PCB的信息。