關(guān)于PCB的設(shè)計(jì)布局和一些建議

1、RF傳輸線

許多Maxim RF元件需要一個(gè)受控的阻抗傳輸線，可將RF功率傳輸?shù)?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/82/" target="_blank">PCB上的IC引腳（或從其傳輸功率）。這些傳輸線可以在外層（頂層或底層）中實(shí)現(xiàn)或者埋在內(nèi)層中。這些傳輸線的指導(dǎo)包括對微帶線，帶狀線，共面波導(dǎo)（地）和特征阻抗的討論。它還介紹了傳輸線角補(bǔ)償和傳輸線的層變化。

<強(qiáng)>2.Micro條<強(qiáng)>行的

此傳輸線的類型包括固定寬度的金屬跡線（導(dǎo)體）和正下方（相鄰層）的接地平面。例如，第一層（頂部金屬）上的跡線需要第二層上的實(shí)心接地區(qū)域（圖1）。跡線的寬度，介電層的厚度和電介質(zhì)的類型決定了特征阻抗（通常為50Ω或75Ω）

1.微帶線示例（立體視圖）

3.帶狀線

這樣的線包括跡線內(nèi)層的固定寬度，以及上方和下方的接地區(qū)域。導(dǎo)體可以位于接地區(qū)域的中間（圖2）或具有一定的偏移（圖3）。此方法適用于RF走線的內(nèi)層。

圖2.帶狀線（端視圖）

圖3.偏移條帶線。具有不同層厚度的PCB的帶狀線的變體（端視圖）

2、共面波導(dǎo)（地面）

共面波導(dǎo)在相鄰RF線和其他信號線之間提供更好的隔離（端視圖）。該介質(zhì)由中間導(dǎo)體和兩側(cè)及以下的接地區(qū)域組成（圖4）。

圖4共面波導(dǎo)在相鄰RF線和其他信號線之間提供更好的隔離

建議在共面波導(dǎo)的兩側(cè)安裝通孔“柵欄”，如圖5所示該俯視圖提供了在中間導(dǎo)體每側(cè)的頂部金屬接地區(qū)域上安裝一排接地過孔的示例。頂層引起的環(huán)路電流短路到下面的地平面。

圖5.建議使用在共面波導(dǎo)的兩側(cè)安裝一個(gè)通孔柵欄。

特性阻抗有多種計(jì)算工具可用于正確設(shè)置信號導(dǎo)線寬度以達(dá)到目標(biāo)阻抗。但是，在輸入電路板層的介電常數(shù)時(shí)應(yīng)小心。典型的PCB外基板層包含小于內(nèi)層的玻璃纖維組分，因此介電常數(shù)低。例如，F(xiàn)R4材料的介電常數(shù)通常為εR= 4.2，而外基板（預(yù)固化）層通常為εR= 3.8。以下示例僅供參考，其中金屬厚度為1盎司銅（1.4密耳，0.036毫米）。

表1.特征阻抗示例

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3、傳輸線角落補(bǔ)償

當(dāng)傳輸線由于布線限制而需要彎曲（改變方向）時(shí)，使用的彎曲半徑應(yīng)至少為寬度的3倍中間導(dǎo)體。即：

彎曲半徑≥3×（線寬）

這可以最大限度地減少角落的特征阻抗變化。

如果無法實(shí)現(xiàn)逐漸彎曲，則傳輸線可以彎曲成直角（不彎曲），參見圖6.但是，必須進(jìn)行補(bǔ)償以減少由于增加而導(dǎo)致的阻抗跳變。通過彎曲點(diǎn)時(shí)的局部有效線寬。標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償方法是角度斜接，如下圖所示。最好的微帶直角傾斜由Douville和James公式給出：

在Douville和James的公式中，M是比率（％） ）斜接和非斜接的角落。該公式與介電常數(shù)無關(guān)，并且受w/h≥0.25的約束。

類似的方法可用于其他傳輸線。如果對正確的補(bǔ)償方法存在任何不確定性，并且設(shè)計(jì)需要高性能傳輸線，則應(yīng)使用電磁模擬器對角進(jìn)行建模。

圖6.如果無法逐漸彎曲，請以直角彎曲傳輸線

4、傳輸線的層更改

如果布局限制要求將傳輸線更改為對于不同的電路板層，建議每條傳輸線使用至少兩個(gè)過孔，以最大限度地降低過電流感應(yīng)負(fù)載。一對過孔有效地將傳輸電感降低了50％，并且應(yīng)使用相當(dāng)于傳輸線寬度的最大直徑。例如，對于15密耳的微帶線，通孔直徑（拋光的鍍層直徑）應(yīng)為15密耳至18密耳。如果不允許空間使用大過孔，請使用三個(gè)較小的過渡過孔。

5、< b>信號線隔離

必須注意防止信號線之間的意外耦合。以下是潛在耦合和預(yù)防措施的示例：

A.RF傳輸線：傳輸線之間的距離應(yīng)該盡可能大，不應(yīng)該長距離相互靠近。彼此間距越小，平行跡線距離越長，并行微帶線之間的耦合越大。不同層上的跡線應(yīng)具有接地區(qū)域以使它們分開。承載高功率的傳輸線應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離其他傳輸線。接地共面波導(dǎo)提供出色的線間隔離。將RF線路隔離在小于-45 dB的小型RF PCB上是不切實(shí)際的。

B高速數(shù)字信號線：這些信號線應(yīng)獨(dú)立放置在與RF信號線不同的板層上，以防止耦合。數(shù)字噪聲（來自時(shí)鐘，PLL等）耦合到RF信號線并調(diào)制到RF載波上。或者，在某些情況下，數(shù)字噪聲被上轉(zhuǎn)換/下轉(zhuǎn)換。

C。VCC/電源線：這些電線應(yīng)放在專用層上。應(yīng)在主VCC分配節(jié)點(diǎn)和VCC分支上安裝適當(dāng)?shù)娜ヱ?旁路電容。必須根據(jù)RF IC的整體頻率響應(yīng)和由時(shí)鐘和PLL引起的數(shù)字噪聲的預(yù)期頻率分布來選擇旁路電容。這些走線也應(yīng)與RF線隔離，這將產(chǎn)生較大的RF功率。

6、周圍區(qū)域

如果第1層用于射頻元件和傳輸線，建議在第2層使用實(shí)心（連續(xù)）接地層。對于帶狀線和偏移帶狀線，上下中間件需要接地區(qū)域?qū)w。這些區(qū)域不得共享或分配給信號或電力網(wǎng)絡(luò)，但必須分配到地面。有時(shí)受設(shè)計(jì)條件限制，層上的局部接地區(qū)域必須位于所有RF組件和傳輸線下方。接地區(qū)域不得在傳輸線下方斷開。

應(yīng)在PCB的RF部分的不同層之間放置大量接地過孔。這有助于防止接地電流環(huán)引起寄生接地電感的增加。 Vias還有助于防止PCB上的RF信號線與其他信號線交叉耦合。

7、電源和接地層的特殊注意事項(xiàng)

對于分配給系統(tǒng)電源（直流電源）和接地的電路板層，必須考慮組件的回路電流。一般原則是避免將信號線放置在電源層和地平面之間的電路板層上。

圖7.不正確的電路板層分配：電源平面和地平面上的接地電流環(huán)之間有一個(gè)信號層。偏置線噪聲耦合到信號層

圖8.更好的電路板層分配：電源焊盤之間沒有信號層接地墊

8、功率（偏置）走線和電源去耦

如果組件有多個(gè)電源連接，通常使用電源線的“星形”配置（圖9）。在星形配置的“根”節(jié)點(diǎn)處安裝較大的去耦電容（數(shù)十μF），并在每個(gè)支路上安裝較小的電容器。這些小電容的值取決于RF IC的工作頻率及其特定功能（各級和電源之間的去耦）。下圖顯示了一個(gè)示例。

圖9.如果組件有多個(gè)電源連接，則電源接線可以是星形配置。

“星形”配置避免了相對于連接到同一電源網(wǎng)絡(luò)的所有引腳串聯(lián)連接的配置的長接地環(huán)路。長接地回路會導(dǎo)致寄生電感，并可能導(dǎo)致意外的反饋回路。電源去耦的一個(gè)關(guān)鍵考慮因素是直流電源連接必須電氣定義為交流接地。