เมนู
บล็อก

เลย์เอาต์บอร์ด RF: กฎสิบข้อที่สำคัญ

ที่ความถี่ RF เลย์เอาต์เป็นส่วนหนึ่งของวงจร แม้แผนภาพวงจรจะถูกต้อง บอร์ดก็ยังล้มเหลวได้

ทีมวิศวกรรม Hitech Circuits

เซินเจิ้น จีน · การผลิตและประกอบ PCB

2 นาทีในการอ่าน

เผยแพร่:

อัปเดตล่าสุด:

การตรวจทานทางเทคนิค: ตัวเลขในกระบวนการได้รับการตรวจสอบกับเอกสารขีดความสามารถที่เผยแพร่ของเรา

เคล็ดลับการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ความถี่สูง (RF PCB)

การจัดวางคือวงจร

ต่ำกว่าไม่กี่ร้อยเมกะเฮิร์ตซ์ เส้นทางสัญญาณคือสายไฟ สูงกว่านั้น มันคือสายส่งสัญญาณ และค่าอิมพีแดนซ์ เส้นทางส่งกลับ และความยาวของมันเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบทางไฟฟ้า กฎสิบข้อครอบคลุมความแตกต่างส่วนใหญ่

1. วางระนาบอ้างอิงไว้ใต้เส้นทางสัญญาณ RF ทุกเส้น

ต่อเนื่อง ไม่ขาดตอน และอยู่บนชั้นด้านล่างโดยตรง ระนาบที่แยกออกจะบังคับให้กระแสส่งกลับอ้อม และการอ้อมนี้เป็นที่มาของพฤติกรรม RF ที่ลึกลับที่สุด

2. ควบคุมค่าอิมพีแดนซ์ แล้วตรวจสอบ

ค่าอิมพีแดนซ์ของไมโครสตริปหรือสไตรป์ไลน์ถูกกำหนดโดยความกว้างของเส้นทางสัญญาณ ความหนาของฉนวน และค่าคงที่ของฉนวน ความคลาดเคลื่อน ±10% จะถูกตรวจสอบด้วยชิ้นส่วนทดสอบบนแผง ไม่ใช่การสันนิษฐานจากชุดข้อมูล CAD

3. รักษาเส้นทาง RF ให้สั้นและตรง

ทุกมิลลิเมตรของเส้นทางสัญญาณจะเพิ่มการสูญเสีย และทุกส่วนโค้งจะเพิ่มความไม่ต่อเนื่อง ในกรณีที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงการโค้งงอได้ ให้ใช้มุมลบเหลี่ยม 45° หรือส่วนโค้งแทนมุม 90°

4. เชื่อมต่อระนาบกราวด์

ระนาบกราวด์บนชั้นต่างๆ จะเชื่อมต่อกันด้วย vias ที่วางอยู่ใกล้กับจุดเปลี่ยนผ่าน RF ทุกจุดและตามขอบบอร์ด การเชื่อมต่อจะทำให้ระนาบมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากันที่ RF ซึ่งทำให้เป็นจุดอ้างอิง

5. ใช้ vias fences รอบเส้นทางที่ไวต่อสัญญาณรบกวน

แถวของ vias กราวด์ทั้งสองด้านของเส้นทางที่ไวต่อสัญญาณรบกวนจะสร้างขอบเขตคล้ายท่อนำคลื่นซึ่งช่วยลดการเหนี่ยวนำไปยังเน็ตข้างเคียง ระยะห่างต้องเล็กเมื่อเทียบกับความยาวคลื่น ไม่ใช่ความกว้างของเส้นทาง

6. ออกแบบจุดเริ่มต้น ไม่ใช่แค่เส้นทาง

ในจุดที่ขั้วต่อหรือสายเคเบิลเชื่อมต่อกับบอร์ด รูปทรงเรขาคณิตจะเปลี่ยนไป: ความกว้างของแผ่นรอง การกลับกราวด์ และรอยเชื่อมบัดกรี ล้วนส่งผลต่ออิมพีแดนซ์ จุดเริ่มต้นที่วาดขึ้นภายหลังจะทำให้เกิดการสะท้อนที่ไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยการปรับแต่งเส้นทางใดๆ

7. แยกส่วนดิจิทัลและ RF ออกจากกัน

แยกส่วน RF ออกจากแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งและการเดินสายดิจิทัล และแยกกระแสย้อนกลับจนกว่าจะมาบรรจบกันที่จุดกำหนดจุดเดียว ตัวแปลง DC-DC ที่อยู่ติดกับ LNA เป็นการตัดสินใจด้านการออกแบบ ไม่ใช่ความบังเอิญของเลย์เอาต์

8. จับคู่ความยาวในจุดที่สำคัญ

คู่ดิฟเฟอเรนเชียลและอาร์เรย์เฟสต้องมีความยาวทางไฟฟ้าที่ตรงกัน และการจับคู่ต้องรวมถึงการเปลี่ยนผ่านผ่าน vias ด้วย ในสแต็กแบบไฮบริด ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกจะแตกต่างกันไปตามชั้น ดังนั้นการจับคู่ความยาวทางกายภาพเพียงอย่างเดียวอาจผิดพลาดได้

9. แยกสัญญาณรบกวนที่ความถี่ที่คุณกำลังต่อสู้ด้วย

ตัวเก็บประจุ 100 nF ไม่สามารถแยกสัญญาณรบกวนชั่วขณะของแหล่งจ่ายไฟ 2.4 GHz ได้ด้วยตัวเอง เครือข่ายการแยกสัญญาณรบกวนจะถูกเลือกให้เหมาะสมกับย่านความถี่ วางไว้ใกล้กับขา และเส้นทางย้อนกลับจะตรงไปยังระนาบกราวด์

10. ทำให้บอร์ดสามารถวัดได้

เพิ่มคูปองทดสอบสำหรับอิมพีแดนซ์ รักษาการเข้าถึงวงจร RF สำหรับการตรวจสอบ และกำหนดจุดอ้างอิงกราวด์ที่จุดทดสอบ แผงวงจรที่ไม่สามารถวัดค่าได้ในขั้นตอนการสร้างต้นแบบ จะถูกแก้ไขโดยการสลับชิ้นส่วน

การเลือกวัสดุมีความสำคัญอย่างไร

FR-4 เหมาะสำหรับงานออกแบบความถี่ต่ำกว่า 6 GHz หลายแบบ แต่ค่าการสูญเสียและค่าคงที่ไดอิเล็กตริกจะแปรผันตามความถี่ อุณหภูมิ และปริมาณเรซิน เมื่อข้อจำกัดด้านการสูญเสียหรือความเสถียรของเฟสต้องการมากกว่านั้น จะใช้แผ่นลามิเนต RF เช่น Rogers, Arlon, Taconic หรือ Nelco ซึ่งมักจะใช้ในรูปแบบไฮบริดร่วมกับ FR-4 ในแกนกลางเพื่อควบคุมต้นทุน

การเปรียบเทียบวัสดุอยู่ใน หมายเหตุเกี่ยวกับวัสดุความถี่สูง ข้อจำกัดของกระบวนการ รวมถึงคุณลักษณะขนาด 0.06 มม. และค่าความต้านทาน ±10% อยู่บน หน้าความสามารถ และส่วน RF ที่มีระยะห่างละเอียดมักจะรวมเข้ากับ เอชดีไอ.

ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค

ความคลาดเคลื่อนของอิมพีแดนซ์
±10%
แผ่นลามิเนต RF
Rogers, Arlon, Taconic, Nelco ตามคำขอ
เส้น/ช่องว่างขั้นต่ำ
0.06 มม.
ผิวสำเร็จสำหรับ RF
ENIG หรือการเคลือบเงินแบบจุ่ม; HASL ทำให้เกิดความแปรผันของความหนา
จำนวนชั้น
1–38 ชั้น โดยมีโครงสร้าง HDI ให้เลือกใช้งาน

คำถามที่พบบ่อย

  • เหตุใดระนาบกราวด์จึงมีความสำคัญมากในระบบ RF?

    สัญญาณทุกสัญญาณมีกระแสไหลกลับ และที่ความถี่วิทยุ (RF) กระแสนั้นจะไหลในระนาบที่อยู่ใต้เส้นทางสัญญาณโดยตรง หากระนาบนั้นถูกแบ่ง ออกเป็นช่อง หรือหายไปใต้ส่วนโค้ง เส้นทางไหลกลับจะเบี่ยงเบน ซึ่งจะปรากฏออกมาในรูปของการแผ่รังสี การเหนี่ยวนำ และการสูญเสีย การมีระนาบอ้างอิงต่อเนื่องอยู่ใต้เส้นทางสัญญาณ RF ทุกเส้นจึงเป็นการตัดสินใจด้านการออกแบบที่สำคัญที่สุดเพียงอย่างเดียว

  • มุมและส่วนโค้งมีความสำคัญจริงหรือ?

    ใช่ครับ ที่ความถี่สูงพอ มุม 90° จะเปลี่ยนความกว้างของเส้นทางสัญญาณตรงส่วนโค้ง และสร้างความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์เล็กน้อย รวมถึงขอบที่แผ่รังสีออกมา มุม 45° หรือส่วนโค้งที่ลบมุมจะช่วยลดปัญหานี้ได้ ยิ่งเส้นทางสัญญาณสั้นและตรงมากเท่าไหร่ ความไม่ต่อเนื่องก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไม "ทำให้สั้นเข้าไว้" จึงเป็นกฎ RF ที่เก่าแก่ที่สุด

  • เมื่อใดจึงจำเป็นต้องใช้แผ่นลามิเนต RF?

    เมื่อไม่สามารถควบคุมการสูญเสียหรือเสถียรภาพทางไดอิเล็กทริกที่ความถี่ใช้งานได้ด้วยวัสดุ FR-4 วัสดุของ Rogers, Arlon, Taconic และ Nelco มีค่าตัวประกอบการสูญเสียที่ต่ำกว่าและเสถียรกว่า แต่มีราคาสูงกว่าและต้องใช้โครงสร้างและการตั้งค่ากระบวนการผลิตเฉพาะของตนเอง โครงสร้างแบบไฮบริด — วัสดุ RF ที่ชั้นนอก และ FR-4 ที่แกนกลาง — มักเป็นคำตอบที่ใช้งานได้จริง

แชร์บทความนี้

← บล็อก

บทความวิศวกรรมที่เกี่ยวข้อง

ขอใบเสนอราคาสำหรับโครงการ PCB ของคุณ

ตรวจสอบทางวิศวกรรมและใบเสนอราคาโดยไม่มีค่าใช้จ่าย สำหรับการผลิต PCB การประกอบ การจัดหาชิ้นส่วน และการประกอบผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป