Руководство по проектированию радиочастотных печатных плат: сборка радиочастотных и микроволновых печатных плат

Индустрия печатных плат RF и микроволновых печатных плат быстро растет, и тенденции, которые способствуют более быстрому и дешевому производству сборок печатных плат, продолжаются. Этот агрессивный темп привел к тому, что правила проектирования печатных плат вступили в противоречие с требованиями к компонентам. Разобщенность между конструкторами и производителями приводит к слепому следованию этим правилам, что исключает возможность повышения производительности.

Эти проблемы требуют, чтобы дизайнеры знали о потенциальных проблемах и подводных камнях, чтобы их избежать. В этом руководстве обсуждаются некоторые проблемы, характерные для проектирования радиочастотных и микроволновых схем, и предложения по их решению, охватывающие все, от базовых советов по проектированию до практических советов по сборке больших объемов радиочастот.

Базовое руководство по проектированию сборки печатных плат RF и микроволновых печатных плат

Вот некоторые подводные камни в процессе, призванные предотвратить их возникновение.

Размещение компонентов

Компоненты должны быть размещены как можно ближе к центру печатной платы ВЧ и СВЧ. Это сводит к минимуму паразитные катушки индуктивности, которые ухудшают производительность на более высоких частотах. Компоненты также должны быть размещены как можно ближе к разъемам сопряжения. Это уменьшает связь между маршрутами и улучшает целостность сигнала. Например, если вы проектируете высокоскоростную цифровую интерфейсную плату, очень важно, чтобы провода находились на минимальном расстоянии друг от друга на противоположных сторонах платы. Это сводит к минимуму перекрестные помехи между сигналами на разных слоях на печатных платах ВЧ и СВЧ.

Плохо заземлен

Заземление является ключевым аспектом любой схемы. Если у вас плохое заземление в конструкциях радиочастотных и микроволновых печатных плат, вы можете в конечном итоге мешать другим цепям или даже повредить свои цепи. Например, если ваши радиочастотные и микроволновые печатные платы имеют следы с обеих сторон, одна сторона может иметь лучшее соединение, чем другая (из-за разных условий окружающей среды). Это может привести к проблемам. Чтобы избежать этого, используйте несколько отверстий и толстых гусениц, чтобы убедиться, что все гусеницы хорошо заземлены по всей длине.

Оптимизация маршрутизации

Трасса маршрутизации может быть оптимизирована для снижения шума за счет устранения отверстий (точек соединения) в нежелательных зонах. Сквозные отверстия часто используются в качестве заземляющих соединений, чтобы помочь уменьшить воздушное излучение. Однако, если сквозные отверстия расположены вблизи точек с высоким импедансом на печатных платах RF и микроволновых печатных плат, таких как линии электропередач, их также можно использовать в качестве антенн. В этом случае они могут излучать электромагнитную энергию в свободное пространство или другие близлежащие проводники, такие как дорожки или кабели на плоскости заземления.

Циклическая область

Область петли приводит к ухудшению сигнала из-за ее высокого импеданса по сравнению с линейной маршрутизацией. Поэтому, когда это возможно, используйте несколько проходных отверстий, а не одиночных, чтобы свести к минимуму площадь петли, или размещайте их как можно ближе к контактным площадкам компонентов, чтобы между ними и контактными площадками компонентов была минимальная длина печатной платы, которые необходимо подключить к проходным отверстиям в радиочастотном и микроволновом диапазонах.

Кондуктивный шум

Проводящий шум проходит по проводящему пути, например, по трассе или заземлению. Кондуктивный шум может быть вызван переключением транзисторов, микроконтроллеров или других электронных устройств на печатных платах ВЧ и СВЧ. Когда эти устройства выключены, они излучают всплески тока, которые создают электромагнитные поля, излучаемые вашими радиочастотными и микроволновыми печатными платами. Эти всплески, называемые переходными пиками тока, могут проходить через заземляющие слои на радиочастотных и микроволновых печатных платах, и если они достигают антенны на конце платы, они генерируют события электростатического разряда (ESD).

Используйте многослойную радиочастотную печатную плату и микроволновую печатную плату

Чем больше слоев добавлено к печатным платам RF и СВЧ, тем больше площадь поверхности меди, доступная для рассеивания тепла и обеспечения обратного пути для тока. Это означает, что многослойные системы хорошо подходят для высокочастотных приложений, таких как радиочастотные/микроволновые системы, где рассеивание тепла должно быть эффективным, сохраняя при этом обратный путь с низким импедансом для высокочастотного тока в антенне.

Потеря эхо-сигнала

Потери обратного сигнала антенны являются важным фактором при проектировании радиочастотных и микроволновых печатных плат. Обратные потери любой ВЧ- и СВЧ-печатной платы определяются как отношение мощности между прямой и отраженной волнами на заданной частоте. В идеале значение должно быть больше -20 дБ на всех интересующих частотах. На практике, однако, вы должны считать -10 дБ минимальным требованием для большинства приложений.

Основными факторами, способствующими обратным потерям, являются несоответствие импеданса и ток утечки в заземляющем устройстве. Несоответствия импеданса между антенной и связанными с ней компонентами могут привести к отражениям, что может привести к снижению эффективности и производительности. Например, обеспечение соответствия импеданса между антенной и коаксиальным кабелем в пределах +/- 2% поможет обеспечить хорошую эффективность.

Токи утечки также могут вызывать значительные потери, отражая сигналы обратно в цепи источника или излучая их в свободное пространство, тем самым создавая помехи для другого оборудования или систем на печатных платах RF и СВЧ.