射频板布线设计规则

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射频(RF)电路板设计由于在理论上还有很多不确定性,因此常被形容为一种“黑色艺术”,射频板和高速PCB在信号走线时需要遵循一定的规则来保证性能,归纳来说,关注的要点是阻抗匹配、损耗和延时,接下来就给大家分享一些实用规则和技巧,为射频PCB设计和问题定位提供帮助。
 
射频PCB布线类型
 
微带线:走线在PCB表面,有1 个金属面参考地;
 
带状线:走线在PCB内部中间位置,有上下2个金属面参考地;
 
耦合线:同一平面平行耦合走线,有1个参考地的称为耦合微带线,有2个参考地的称为耦合带状线;
 
共面波导:同一平面平行耦合走线,没有参考地;
 
多层板:上述走线的PCB版多层粘合在一起,综合布线;
 
对于多层板,只有顶层和底层才是微带线类型,除了参考地和电源层以外其它的走线层信号线属于带状线类型。
  
射频PCB布线
射频PCB布线
 
RF走线过弯规则
 
当PCB上RF走线出现直角或锐角拐角时,会产生额外的寄生电容和寄生电感。为避免这种情况,可以选用两种改进方法:建议最好的一种方法是圆角,如果位置空间不允许圆弧走线,直角处应采用倒角,将90°拐角倒角变成两个45°。圆角或拐角长度至少等于走线宽度三倍。
传输线应尽可能保持直线,需要改变方向时,建议使用至少等于走线宽度三倍的半径弯曲,左图所示,特性阻抗的变化最小。如果位置空间不允许圆弧走线,直角处应采用倒角,如右图所示。
 
射频PCB布线
 
RF走线阻抗匹配规则
 
当射频信号在PCB上传输时,PCB板上传输线的特性阻抗必须与其相连元件的阻抗相匹配,阻抗值偏差过大,会造成信号反射、散射、衰减和延时频响恶化等现象,从而导致信号不完整、信号失真。布线线宽的变化会造成线路特性阻抗的不均匀,同一传输路径的布线宽度应保持一致。在某些条件下,如元件引脚焊盘类似的结构时,可能无法避免线宽的变化,应该尽量减少阻抗不一致部分的长度。 
 
射频PCB布线
 
RF走线短线规则
 
设计走线长度尽量短,以减少互耦和干扰问题。特别是一些相关RF器件之间尽量靠近,如时钟线尽量短,将其振荡器贴近器件。对驱动多个器件的情况,应根据具体情况决定采用何种网络拓扑结构。 
 
射频PCB布线
 
RF走线的断头和残桩检查规则
 
在PCB布线时,为了避免“天线效应”和反射,不允许出现一端开路的断头走线,以及插接元件过孔后突出参考地平面的“残桩”。
 
射频PCB布线
 
器件电源端去耦和滤波规则
 
在元器件电源端增加必要的去耦电容,滤除电源上的干扰信号,确保电源信号稳定。 
 
射频PCB布线
 
射频走线的隔离与屏蔽
 
为了减少线间串扰,应保证线间距足够大,当线中心间距不少于3倍线宽时,则可保持70%的电场不互相干扰,称为3W规则。如要达到98%的电场不互相干扰,可使用10W的间距。
 
射频PCB布线
 
 RF走线尽量避免相邻平行。在 PCB 布线时,本层和相邻层不同的信号线走线方向正交(垂直),避免平行。当受到结构和空间限制必须平行走线时,应用参考地隔离各信号线。相邻层的走线方向示意图如下图。 
 
射频PCB布线
 
射频微波板在设计时要加上“过孔屏蔽墙”,就是在PCB上与屏蔽腔壁紧贴的部位加上接地的过孔,这样就形成了相对隔离的屏蔽区域。对于分区屏蔽较高的场合,需要在过孔屏蔽墙的基础上,安装金属屏蔽墙。 
 
射频PCB布线
 
过孔屏蔽墙的设计要求:
 
有两排以上的过孔;
 
两排过孔相互错开;
 
同一排的过孔间距要小于λ/20;
 
接地的PCB铜箔与屏蔽腔壁压接的部位禁止有阻焊。
 
金属屏蔽墙安装要求:
 
射频信号线在顶层穿过屏蔽壁时,要在屏蔽腔相应位置开一个槽门,门高大于 0.5mm;
 
门宽要保证安装屏蔽壁后信号线与屏蔽体间的距离大于 1mm;
 
在屏蔽腔面积一定时, 要提高屏蔽腔的最低谐振频率,需增加长宽比,避免正方形的腔体;
 
为保证装配和返修, 金属屏蔽罩周围5mm范围内不能有超过其高度的器件。
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