Das Layout ist die Schaltung
Unterhalb einiger hundert Megahertz ist eine Leiterbahn ein Draht. Darüber hinaus ist sie eine Übertragungsleitung, deren Impedanz, Rückleitung und Länge Teil der elektrischen Auslegung sind. Zehn Regeln decken den Großteil des Unterschieds ab.
1. Platzieren Sie unter jeder HF-Leiterbahn eine Referenzebene.
Diese muss durchgehend, ununterbrochen und auf der direkt darunter liegenden Ebene liegen. Eine geteilte Ebene zwingt den Rückstrom zu einem Umweg, und dieser Umweg ist die Ursache für die meisten unerklärlichen HF-Eigenschaften.
2. Kontrollieren und überprüfen Sie die Impedanz.
Die Impedanz von Mikrostreifen- oder Streifenleitungen wird durch die Leiterbahnbreite, die Dicke des Dielektrikums und die Dielektrizitätskonstante bestimmt. Die Toleranz von ±10 % wird mit einem Teststreifen auf der Leiterplatte überprüft und nicht aus den CAD-Daten abgeleitet.
3. Halten Sie den HF-Pfad kurz und gerade.
Jeder Millimeter Leiterbahnlänge erhöht die Verluste, und jede Biegung führt zu einer Diskontinuität. Wo eine Biegung unvermeidbar ist, verwenden Sie 45°-Fasen oder -Bögen anstelle von 90°-Ecken.
4. Masseflächen verbinden
Masseflächen auf verschiedenen Lagen werden durch Durchkontaktierungen (Vias) verbunden, die nahe an jedem HF-Übergang und entlang der Platinenkante platziert werden. Durch das Verbinden der Flächen wird sichergestellt, dass sie im HF-Bereich das gleiche Potenzial aufweisen und somit als Referenz dienen.
5. Durchkontaktierungsbarrieren um empfindliche Leiterbahnen verwenden
Eine Reihe von Masse-Vias auf beiden Seiten einer empfindlichen Leiterbahn erzeugt eine wellenleiterartige Barriere, die die Kopplung zu benachbarten Netzen reduziert. Der Abstand muss im Verhältnis zur Wellenlänge, nicht zur Leiterbahnbreite, klein sein.
6. Die Ankopplung, nicht nur die Leiterbahn, planen
An den Stellen, an denen ein Stecker oder ein Kabel auf die Platine trifft, ändert sich die Geometrie: Padbreite, Masserückleitung und Lötkehle beeinflussen die Impedanz. Eine nachträglich geplante Ankopplung erzeugt eine Reflexion, die sich auch durch Optimierung der Leiterbahn nicht beheben lässt.
7. Digitale und HF-Bereiche trennen
Trennen Sie den HF-Bereich von den Schaltnetzteilen und der digitalen Verdrahtung und halten Sie die Rückströme getrennt, bis sie sich an einem definierten Punkt treffen. Ein DC/DC-Wandler neben einem LNA ist eine bewusste Designentscheidung und kein Layout-Zufall.
8. Längenanpassung an relevanten Stellen
Differenzverstärker und Phased-Array-Antennen benötigen angepasste elektrische Längen, wobei die Anpassung auch die Via-Übergänge berücksichtigen muss. Bei einem Hybrid-Stack variiert die Dielektrizitätskonstante von Schicht zu Schicht, daher kann eine Anpassung allein anhand der physikalischen Länge fehlerhaft sein.
9. Entkopplung bei der relevanten Frequenz
Ein 100-nF-Kondensator entkoppelt einen 2,4-GHz-Versorgungstransienten nicht allein. Das Entkopplungsnetzwerk wird für das Frequenzband ausgewählt, nahe am Pin platziert und sein Rückweg führt direkt zur Massefläche.
10. Messbarkeit der Platine gewährleisten
Testchips für die Impedanzmessung hinzufügen, Zugriff auf die HF-Kette für Messungen ermöglichen und die Masse am Testpunkt definieren. Eine Platine, die im Prototypenstadium nicht messbar ist, wird durch Austausch von Bauteilen debuggt.
Die Bedeutung der Materialwahl
FR-4 ist für viele Designs unter 6 GHz ausreichend, jedoch variieren sein Verlustfaktor und seine Dielektrizitätskonstante mit Frequenz, Temperatur und Harzanteil. Wenn höhere Anforderungen an die Dämpfung oder Phasenstabilität gestellt werden, kommen HF-Laminate wie die von Rogers, Arlon, Taconic oder Nelco zum Einsatz – oft in einem Hybridaufbau mit FR-4 im Kern, um die Kosten zu senken.
Der Materialvergleich steht in der Notiz zu Hochfrequenzmaterialien; die Prozessgrenzen, einschließlich 0,06 mm Strukturen und ±10 % Impedanz, stehen auf der Funktionsseite, und fein abgestufte HF-Sektionen werden oft mit HDI kombiniert.
