Vysokofrekvenční design desek plošných spojů: Faktory ovlivňující výkon RF signálu
Se vzestupem technologie Internet věcí se stává, že elektronické výrobky přenášejí funkce bezdrátové komunikace stále častěji, a technologie bezdrátové komunikace se spoléhá na RF obvod na desce plošných spojů. Bohužel i designéři desek plošných spojů jsou pro RF Circuits často neúnosní, protože přináší obrovské výzvy v oblasti designu a vyžaduje profesionální nástroje pro návrh a simulační analýzu. Z tohoto důvodu byla po mnoho let RF část desky plošných spojů navržena nezávislými designéry s odbornými znalostmi v oblasti RF designu.
Návrhář RF obvodů se po divoké operaci přesunul z 18 bojových umění, navrhl rozvržení RF obvodu níže a exportoval formát DXF do PCB Layout pro kopírování. Není to v pohodě?
Poté, co návrh desek plošných spojů Siege Lion importoval soubor formátu RF obvodu DXF, zjistil, že stopa má jak pravé úhly, tak ostré rohy. Myslel jsem si, emmm, tato rádiová frekvence je skutečná voda a plat je vyšší než práce a kapitál, takže není nutné vyhnout se ostrému srážení hran a přechodu oblouku. Pochopte a poté znovu optimalizujte směrování části RF obvodu
výsledek…
Aby se v budoucnu zabránilo nedorozuměním, vysokofrekvenční bakterie po ukončení práce zavolaly bakterie rozvržení, zavřely dveře a rukojeť, aby vedly některé související body návrhu vysokofrekvenčních desek plošných spojů.
Podle teorie vysokofrekvenčních obvodů, když lze vlnovou délku signálu přenášeného na spojovacím vedení signálu porovnat s geometrickou velikostí prvku diskrétního obvodu, podložky vysokofrekvenčního kolíku IC, přenosového vedení vysokofrekvenčního signálu na PCB, vysokofrekvenční pasivní zařízení, Vias a dokonce i uzemněná měď jsou důležité faktory, které vážně ovlivňují výkon RF signálů.
Mikropáskové vedení je ideální volbou pro vysokofrekvenční přenos signálu na PCB. Pokud není vzdálenost mezi IC a anténou příliš krátká, použijte koaxiální kabel nebo přenosové vedení se shodnou charakteristickou impedancí. Na desce s plošnými spoji je nejlepší použít mikropáskové přenosové vedení se strukturou zobrazenou na obrázku níže.
Mikropáskové přenosové vedení obsahuje kovovou stopu (vodič) s pevnou šířkou a zemní oblast přímo pod (sousední vrstva). Například stopy na vrstvě 1 (vrchní kov) vyžadují pevnou povrchovou plochu na vrstvě 2. Šířka stopy, tloušťka dielektrické vrstvy a typ dielektrika určují charakteristickou impedanci (obvykle 50 Ω nebo 75 Ω).
Samozřejmě kromě mikropáskového vedení existuje také běžné přenosové vedení je pásové vedení, jak je znázorněno na obrázku níže
Páskové vedení zahrnuje stopy pevné šířky na vnitřní vrstvě a uzemňovací oblasti nad a pod ní. Vodič může být umístěn uprostřed země nebo může mít určité přesazení. Tato metoda je vhodná pro vnitřní vysokofrekvenční směrování.
Vzhledem k tomu, že pásková linka je vhodná i pro směrování RF, proč Lao Wu říká, že mikropásková linka je ideální volbou pro vysokofrekvenční přenos signálu na PCB?
Ať už se jedná o mikropáskové vedení nebo páskové vedení, oba mají vynikající výkon při přenosu frekvencí milimetrových vln a rozdíl spočívá ve výrobních nákladech.
Ve srovnání s páskovými linkami mají mikropáskové obvody méně kroků zpracování a komponenty obvodů se snáze umisťují, a proto se snáze vyrábějí (nižší výrobní náklady). Ve srovnání s mikropáskovými linkami mohou stripové linky poskytovat větší izolaci sousedních obvodových linek a podporovat hustší rozložení komponent. Kromě toho jsou páskové obvody také velmi vhodné pro výrobu vícevrstvých desek s obvody a každá vrstva může být dobře izolována.
Elektrické vlastnosti mikropáskových a páskových vodičů jsou ovlivněny dielektrickou konstantou izolačního materiálu a účinkem blízkosti základní vrstvy. Mikropáskové vedení má pouze jednu pozemní rovinu, zatímco páskové vedení má dvě pozemní roviny. U mikropáskového vedení je efektivní dielektrická konstanta, která ovlivňuje impedanci vodiče, součtem relativní dielektrické konstanty izolačního materiálu a vzduchu nad obvodem (rovna 1). Efektivní dielektrická konstanta vedení pásu je součtem relativních dielektrických konstant horního a spodního substrátu vodiče.
Stejně jako u všech vysokofrekvenčních obvodů je udržování impedance pod kontrolou zásadní pro dosažení konstantní elektrické výkonnosti s amplitudou a fázovou odezvou. Impedance vodičů dvou přenosových vedení je mimo jiné funkcí šířky vodiče, tloušťky vodiče, tloušťky izolačního substrátu a relativní permitivity nebo dielektrické konstanty substrátu. U páskových linek nezáleží na tom, zda je vzdálenost mezi středovým vodičem a dvěma pozemními rovinami stejná, nebo zda jsou dielektrické konstanty izolátorů nad a pod vodičem stejné (totéž platí pro mikropáskové vedení).
Páskové vedení má dvě zemní roviny, takže 50 Ω (nebo jakákoli daná impedance) linka páskového vedení je tenčí než vodič stejné impedance mikropáskového vedení. Ačkoli tenčí vodiče podporují větší hustotu obvodů, tenčí vodiče také vyžadují přísnější výrobní tolerance a dielektrická konstanta celého substrátu obvodu musí být velmi konzistentní. Dielektrická ztráta jednostupňového (nevyváženého) přenosového vedení mikropáskového vedení (definovaná ztrátovým činitelem substrátu) je menší než ztráta pásového vedení. Je to proto, že některé siločáry mikropáskového vedení jsou ve vzduchu a je možné ignorovat faktor rozptylu.
Samozřejmě výkon těchto dvou přenosových vedení je ve skutečnosti téměř stejný jako výkon nosiče použitého při jejich výrobě - izolačního substrátu. Stejně jako použité materiály PCB, jako je FR-4, mohou snížit náklady, ale zároveň omezit jejich výkon. Podle různých mikropáskových vedení a aplikací páskových vedení bude výběr těchto nejvhodnějších materiálů lépe hrát roli těchto dvou přenosových vedení. výhoda.
Stejně jako u mnoha technických rozhodnutí bude zvážen výběr mikropáskového nebo páskového vedení. Například páskové obvody mají vysokou hustotu obvodů. Proto za stejných frekvenčních podmínek vyžadují více materiálových vrstev, více času a nákladů na zpracování a větší pozornost zpracování detailů než mikropáskové obvody.
Ve srovnání s běžnými mikropáskovými linkami a stripovými linkami existuje další typ vysokofrekvenčního přenosového vedení, kterým je uzemněný koplanární vlnovod, který poskytuje lepší izolaci mezi sousedními vysokofrekvenčními linkami a jinými signálními linkami. Toto médium zahrnuje střední vodič a uzemňovací oblast na obou stranách a dole, jak je znázorněno níže:
Doporučuje se instalace pomocí "plotů" na obou stranách uzemněného koplanárního vlnovodu, jak je znázorněno na obrázku níže. Tento pohled shora poskytuje příklad instalace řady zemních průchodek v horní kovové uzemňovací oblasti na každé straně mezilehlého vodiče. Smyčkový proud způsobený na horní vrstvě je zkratován k základní rovině níže.
Ve srovnání s mikropáskovým vedením má uzemněný koplanární vlnovod nejen zemní rovinu na spodním povrchu média, ale má také zemní roviny na obou stranách přenosového vedení signálu na horní straně média, takže má větší zem plocha. Koplanární vlnovod dosahuje stability elektrického výkonu pomocí pozemní roviny k obklopení signálního vedení.
Režimy přenosu mikropáskového vedení a uzemněného koplanárního obvodu vlnovodu jsou oba kvazi-příčné elektromagnetické režimy (kvazi-TEM). Kvůli vylepšené struktuře uzemnění uzemněného koplanárního obvodu vlnovodu je jeho obrábění do určité míry komplikovanější. Ve srovnání s mikropáskovým vedením má uzemněný koplanární obvod vlnovodu charakteristiky nízké disperze. Když frekvence stoupne do milimetrového vlnového pásma, uzemněný koplanární vlnovodový obvod má nižší radiační ztrátu než obvod mikropáskového vedení.
Díky vylepšené uzemňovací struktuře má uzemněný koplanární obvod vlnovodu širší efektivní šířku pásma a větší rozsah impedance než obvod mikropáskového vedení. Struktura mikropáskového obvodu je však relativně robustní a jeho jednoduchá struktura obvodu spodního uzemnění je snadno zpracovatelná. Výkon mikropáskového obvodu navíc není citlivý na faktory zpracování obvodu a jeho výkonnost obvodu je méně ovlivněna rozdílem v leptání vodičů / mezer a rozdílem v tloušťce vodičů.
Ostré ohyby v uspořádání RF obvodů jsou speciálně navrženy pro kompenzaci ohybu přenosového vedení.
Pokud je nutné, aby se přenosové vedení ohýbalo (změnilo směr) z důvodu omezení zapojení, měl by být použitý poloměr ohybu alespoň 3krát větší než šířka mezilehlého vodiče. Jinými slovy:
Poloměr ohybu ≥ 3 × (šířka čáry).
Tím se minimalizuje charakteristická změna impedance rohu.
Pokud není možné dosáhnout postupného ohýbání, může být přenosové vedení ohnuto v pravých úhlech (nezakřiveno), jak je znázorněno na obrázku níže. To však musí být kompenzováno, aby se snížila náhlá změna impedance způsobená zvětšením místní efektivní šířky čáry při průchodu ohybovým bodem.
Náš další produkt:
