最佳射频PCB指南：高速和射频PCB布线

2022-09-07

最佳射频PCB指南：高速和射频PCB布线

高速和射频PCB布线是一项适合专业工程师的精细活动。如果您是该行业的新手，您可能会问自己如何有效地开始路由。通过高速，工程师可以更快地将他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。

无论您的设计多么复杂或简单，通过使用适当的FR PCB布局实践，您都可以帮助确保您的高速或RF PCB设计能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；关键在于它的可靠性、生产速度以及在制造过程中将节省多少时间。

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。

布线高速和射频PCB的最佳指南

以下是一些有助于布线高速和射频PCB的最佳实践

使用差分对进行高速走线

差分对是两条信号线，它们共享相同的地线，但彼此电隔离。当需要非常长的走线时，例如高速PCB设计中使用的走线，它们可以用来代替传统的单端线。差分对比单端线路提供更好的噪声抑制，因为它们更不受共模信号（即噪声）的影响。

例如，由单端对中的一根电线产生的电磁场可以被另一根电线拾取并由接收器放大。在差分对中，这将导致两条线都变高，这将被检测为噪声而不是有效数据。

差分对在RF PCB设计中比单走线有几个优点：

差分对比单端信号更不易受噪声影响。差分电路消除了噪声，这解释了为什么它们通常用于HDMI等高速和RF PCB设计。

差分对比单端走线具有更好的阻抗匹配。这使它们能够提供更多功率并减少长电缆运行时的反射。

差分对提供比单端走线更好的EMI屏蔽，这就是它们也用于USB等低功耗设计的原因。

使用通孔减少短截线长度

在布线高速或RF PCB时，必须尽可能缩短走线短线的长度。这可以通过在您的RF PCB设计中使用通孔来实现。例如，如果您有一个信号需要从电路板的一端传输到另一端，并且它们之间有一个大的接地层，那么使用通孔连接这两个点是有意义的。这减少了通过电路板路由信号所需的铜量，并实现更好的性能。

当多层RF PCB设计的层之间存在明显间隙时，通孔也很有用。例如，如果您在第1层有一个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一个没有铜迹线的间隙。如果您需要通过这个间隙来路由信号，您可以使用过孔来连接它们并形成更短的走线长度。

尽可能使用屏蔽走线

屏蔽迹线是被金属护套包围的导体，可防止电磁干扰(EMI)进入RF PCB。屏蔽走线在无线通信和射频识别(RFID)等高频应用中非常重要。屏蔽有助于防止干扰进入或退出电路板并影响RF PCB板上组件的信号完整性。屏蔽还可以防止不需要的信号干扰附近的电路并导致它们之间的串扰。

使用拆分平面进行返回电流管理

在布线高速或射频PCB时，分割平面是最佳技术之一。分裂平面是一个将电流从信号层返回到接地平面的两层平面。它通过分离接地层和信号层来工作，允许每一层都有自己的一组平面。

分割平面最常见的用途是高速信号。在这种情况下，高频信号所需的大走线宽度会导致接地层中的电感过大，从而导致信号走线出现振铃。通过将其分成两层并仅将一半的走线连接到地，您可以显着降低电感，而无需增加任何额外的电容，因为不需要单独的返回路径。这使您可以在电路板上运行非常高的频率，而不会出现走线电感引起的问题。

将去耦电容靠近电源引脚

去耦电容是一种无源电子元件。它通过将电源分流到地或较低的电压电平来降低电源噪声。去耦电容的主要作用是对电源进行滤波，确保电源线上没有波动。

由于去耦电容具有较大的电容值，因此它充当低通滤波器并吸收电路中的高频噪声。这样可以减少电路中的干扰并使其更加稳定。高速信号的频率可能非常高，因此您必须确保您的去耦电容有足够的电容来吸收这些高频。

使用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个接地层的最佳方式。该技术在一个平面上的迹线和另一个平面上的相应过孔之间使用小通孔，从而在平面之间形成导电桥。结果是一个跨越多个层的单个接地层，提供比使用单独接地层更好的射频性能。

使用过孔缝合创建单个接地层时，为每个过孔使用适当的间距至关重要，这样缝合不会导致走线之间的电气串扰。一般来说，相邻迹线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

在布线高速和射频PCB时，避免90度角至关重要。然后将铜迹线以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电路的无用发射。

为避免这些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，直到它们形成小于90度的角度。例如，如果一个焊盘距离一侧的迹线0.1英寸，距离另一侧的另一条迹线0.2英寸，则旋转焊盘，使其中心线更靠近第一条迹线而不是第二条迹线。

尽可能保持对称的RF PCB布局

有助于布线高速和射频PCB电路的一件事是保持布局的对称性。这有助于最小化可能位于相邻层上的信号之间的电感。

例如，在RF PCB上布置天线方向图时，最好保持天线元件围绕电路板的中心线对称。这将有助于减少来自周围走线和组件的噪声和干扰。

保持高速走线围绕电路板中心线对称也很重要。高速信号将在走线的一侧进一步传播，然后再转向电路板的中心线。这可能会导致来自附近走线的不对称反射，从而导致信号失真或退化。

设置禁区

禁区或区域是不应布线的预定义区域。禁区通常用于避开敏感组件，例如射频PCB域中的天线、天线开关和连接器。保留区域是您希望在指定容差范围内对布局进行布线的区域。如果布局布线位于保留区域内，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可以最大限度地减少信号完整性问题。

高速网络识别

识别电路板上的高速网络是为高速或射频应用设计优质射频PCB的第一步。这些网络通常包括两个设备之间的走线以及从电路板一端到另一端的走线。

您可以通过查看它们在您的RF PCB设计中的布线方式来识别这些迹线。它们应该在内层布线，远离接地层和其他可能导致信号路径反射的走线。

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，包括走线长度和电介质厚度，但一般来说；当两个导体之间的距离更大或导体材料（例如铜）内有更多空隙时，阻抗值会更高。

最终判决

高速和射频PCB布线没有灵丹妙药，但遵循这些最佳实践将帮助您快速启动下一个射频PCB项目并设计不太可能产生不受欢迎的电磁干扰的电路板。话虽如此，必须了解高速和射频PCB布线与典型PCB布线没有太大区别。它只需要更多地关注细节。访问韬放电子了解更多关于高速和射频PCB的信息。