工程師筆記 | 印制電路板射頻走線阻抗計(jì)算

1、前言

在 STM32 無(wú)線系列產(chǎn)品的 PCB 設(shè)計(jì)中，需要對(duì)射頻部分電路進(jìn)行阻抗控制，良好的阻抗控制可以減少信號(hào)衰減、反射和 EMC 輻射。本篇 LAT 主要介紹印制電路板（PCB）上射頻走線阻抗仿真計(jì)算工具的使用方法。使用的計(jì)算工具為 Altium Designer V21.1.0，其他專業(yè)計(jì)算工具有 Si9000，AppCAD 等，使用時(shí)可參照本文章設(shè)置的方法進(jìn)行仿真。

2. PCB 疊層設(shè)計(jì)

PCB 的疊層里的 Prepreg 類型、線路層的間距以及銅箔厚度都會(huì)影響到阻抗，因此需要按照實(shí)際 PCB 疊層進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算射頻走線的阻抗。本文選取嘉立創(chuàng)的一個(gè) 1.6mm 典型四層板疊層（Prepreg 為 7628）分布為例：

3.Altium Designer 阻抗分析

打開一個(gè) PCB 文件，在 “Design”目錄里找到“Layer Stack Manager”。點(diǎn)擊打開會(huì)自

動(dòng)生成 PCB 文件的 “Stackup”文件。

按照疊層分布圖對(duì)“Stackup”進(jìn)行設(shè)置，需要設(shè)置線路層的厚度、壓合 Prepreg 厚度以及 FR4 的介電常數(shù)。

點(diǎn)擊“Impedance”，再點(diǎn)擊“Add”增加一個(gè)阻抗計(jì)算表格。射頻走線模型分為單端和差分兩種，

還可以根據(jù)參考地平面的不同進(jìn)行選擇對(duì)應(yīng)的射頻走線阻抗模型。

點(diǎn)選 Top 層，可以更改阻抗線對(duì)應(yīng)的參考層，默認(rèn)為 L2 GND 層，可以更改為 L3 或者 L4。如果使用

非相鄰層作為參考層，則需要將中間各層對(duì)應(yīng)部分挖空處理。圖 5 是將參考層更改為 L3 時(shí)的線寬參數(shù)，可以看到線寬明顯變寬了。

下面兩個(gè)范例分別為參考地為相鄰層 L2 和參考地為兩側(cè)共面加參考層 L2 的仿真結(jié)果，仿真的阻抗為單端 50ohm。從結(jié)果可以看出增加兩側(cè)共面為參考層可以減小阻抗線的寬度。

下面的范例圖 8 為采用 L3 參考層為參考地時(shí)的仿真結(jié)果，與圖 7 相比，結(jié)果顯示由于參考地距離射

頻走線更遠(yuǎn)，在保持共面地間距不變的情況下需要更寬的走線來(lái)達(dá)到同樣的 50ohm 阻抗。如果覺得阻抗線的寬度不理想可以適當(dāng)調(diào)整阻抗線與兩側(cè) GND 之間的間距。

圖 9 為差分 100ohm 阻抗線設(shè)置范例，可通過(guò)差分線之間的間距，差分線寬度，差分線與兩側(cè) GND間距以及參考平面來(lái)調(diào)整阻抗。

小結(jié)

PCB 板的射頻走線阻抗與射頻性能息息相關(guān)，因此在設(shè)計(jì)射頻電路板時(shí)需要根據(jù)實(shí)際板材的材質(zhì)、疊層組成以及走線參考地來(lái)仿真阻抗。在實(shí)際阻抗仿真的過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)線寬、線間距以及參考面來(lái)達(dá)到預(yù)期的阻抗目標(biāo)

文檔中所用到的工具及版本

Altium Designer V21.1.0

來(lái)源： STM32單片機(jī)
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