PCB板材選取與高頻PCB制板工藝要求(V2)
根據(jù)以上對(duì)傳輸線特性介紹,進(jìn)一步可以從線寬、過(guò)孔、線間串?dāng)_、屏蔽等四個(gè)方面說(shuō)明高頻PCB設(shè)計(jì)需要注意的細(xì)節(jié)地方。
(1)傳輸線線寬
傳輸線線寬設(shè)計(jì)基于阻抗匹配理論。
圖六 阻抗匹配
當(dāng)入出阻抗以及傳輸線阻抗匹配時(shí),系統(tǒng)輸出功率最大(信號(hào)總功率最小),入出反射最小。對(duì)于微波電路,阻抗匹配設(shè)計(jì)還需要考慮器件的工作點(diǎn)。信號(hào)線過(guò)孔會(huì)引 起阻抗傳輸特性變化,TTL、CMOS邏輯信號(hào)線特性阻抗高,這種影響不計(jì)。但在50歐姆等低阻抗、高頻電路這種影響需要考慮。一般要求信號(hào)線沒(méi)有過(guò)孔。
(2)傳輸線線間串?dāng)_
當(dāng)兩根平行微帶線間距很小時(shí)產(chǎn)生偶合,引起彼此線間串?dāng)_并且影響傳輸線特性阻抗。對(duì)于50歐姆和75歐姆高頻電路尤其需要注意,并在電路設(shè)計(jì)上采取措施。實(shí)際電路設(shè)計(jì)中還用到這種偶合特性,如手機(jī)發(fā)射功率測(cè)量和功率控制就是一例。下面的分析對(duì)高頻電路和ECL高速數(shù)據(jù)(時(shí)鐘)線有效,對(duì)微小信號(hào)電路(如精密運(yùn)算放大電路)有參考價(jià)值。
圖七 傳輸線線間串?dāng)_
設(shè)線間偶合度為C,C的大小與εr、W/d、S、平行線長(zhǎng)L有關(guān)。間距S愈小,偶合愈強(qiáng);L愈長(zhǎng)、偶合愈強(qiáng)。為了增加感性認(rèn)識(shí),舉例:利用這種特性做成的50歐姆定向偶合器。如1.97GHz PCS頻端基站功率放大器,其中d=30 mil、 εr=3.48:
10dB定向偶合器PCB尺寸:S=5mil,l=920mil,W=53mil
20dB定向偶合器PCB尺寸:S=35mil,l=920mil,W=62mil
為了減小信號(hào)線間串?dāng)_,建議
A、高頻或高速數(shù)據(jù)平行信號(hào)線間距離S是線寬的一倍以上。
B、盡量減少信號(hào)線間平行的長(zhǎng)度。
C、高頻小信號(hào)、微弱信號(hào)避開(kāi)電源和邏輯信號(hào)線等強(qiáng)干擾源。
(3)接地過(guò)孔電磁分析。
無(wú)論IC器件管腳接地還是其它阻容器件接地,在高頻電路中都要求接地過(guò)孔盡可能地靠近管腳,其理論依據(jù)是:高頻信號(hào)接地線通路以理想傳輸線終端接地等效,其駐波狀態(tài)如圖八所示。
圖八 駐波狀態(tài)圖
由于接地線很短,接地傳輸線相當(dāng)于一個(gè)感性阻抗(n-pH量級(jí)),同時(shí)接地過(guò)孔也近似相當(dāng)于一個(gè)感性阻抗,這影響了對(duì)高頻信號(hào)濾波功效。這是接地過(guò)孔盡可能地靠近管腳的原因。為了減小傳輸線感性負(fù)載,微波電路要求接地管腳的過(guò)孔多于一個(gè),相當(dāng)于在低頻電路中增加接地面電流能力,保證各接地點(diǎn)均為等0電平。