從雷達到無線網路再到對講機，包含 RF 設計的產品是我們日常生活中的一部分，也使 RF PCB 佈線尤為重要。RF 的頻率範圍從數千赫茲(Hz) 到數十億赫茲，這些頻率存在於大量類比 / 混合信號設備中。並非只有在通信系統中的電路板才會被歸類為 RF 電路，許多相同的 RF 設計規則仍然適用。
RF PCB 佈線指南： RF 信號和板層疊構
為 RF 電路板佈線以確保信號完整性，既要正確設計板層疊構，也要正確鋪設走線。我們可以透過 PCB 中正確的板層疊構來抑制信號線中的傳輸線效應。
雖然通常根據數位信號進行討論，但當走線作為傳輸線工作時，阻抗不連續處的信號反射會影響類比信號。當沿著互連的傳播延遲大於類比信號振盪週期的四分之一時，我們需要注意傳輸線效應，並確保走線阻抗匹配。
確保電路板能夠處理好複雜的信號
雖然類比信號走線中的反射信號存在一定的自然衰減，但模擬走線始終由諧波源激發，且如果在阻抗不連續處反射，反射信號可能會在走線中形成駐波 (Standing wave)。信號線中的自然衰減僅衰減共振時的最大幅度，並不能完全消除共振。
傳輸線上的任何類比信號共振都會沿著走線形成駐波（取決於幾何形狀），從而產生可在電路板的其他區域誘發雜訊的高幅度電場。如果走線與源和負載器件阻抗匹配，則可以消除此問題。
那麼，如何確保走線始終保持阻抗匹配呢？ 首先，板層疊構應該使用阻抗控制的設計。這確保了在信號層中的走線將在特定容差內具有定義值。我們只需考慮將信號源和負載器件的阻抗與該值匹配。即，如果互連末端的一個器件的阻抗不同於信號線，則必須補償該器件的阻抗，而不是走線。
RF 佈線基礎知識
因為走線的阻抗非常重要，所以佈線技術應考慮到以下因素：
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來自其他走線 / 器件的 EMI、對外部振盪磁場的敏感性以及電路板輻射的 EMI |
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電源和地之間的去耦 |
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防止 RF 信號線之間耦合 |
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任何可能增加走線、信號源和負載之間阻抗不匹配的情況 |
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防止可強烈輻射到電路板的其他區域或外部電路板的共振 |
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避免外形銳角，以消除阻抗的不連續性 |
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對 RF 信號使用隔離走線 (shielding traces) |
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透過同一層和其他層上的間隙來分隔 RF 走線 |
高頻時，RF 信號可能會影響其他電路，也可能會受到其他信號的影響。所以，保護 RF 走線非常重要。關鍵的保護方法包括良好的接地、隔離和濾波。
這些要求很高，但是我們不可能總是完美地滿足每一個要求，因此哪一點應該得到更多關注取決於電路板的具體應用。
以下是 RF 佈線時需要重點考慮的內容：
為了抑制電路向電網輻射，我們可以用接地過孔包圍電源層。將電源層放置在兩個接地平面之間也是一個好方法，因為這將使整個電路板上的電源層和接地平面充分去耦。
對於高頻 RF 電路，為了防止傳輸線效應，傳輸類比信號的走線需要非常短。線之間的間距應該盡可能大，並且不應該在很長的距離上緊密走線。平行微帶線之間的耦合隨著平行佈線距離的增加和間距的減小而增加。
一旦已經計算出給定板層疊構所需的走線幾何形狀，我們應儘量減少走線上過孔的使用，因為每個過孔都會增加互連的阻抗。除了增加阻抗，過孔上留下的任何殘段都將充當高頻共振器。過孔應該背鑽，以防止在過孔殘段中形成駐波，因為殘段中的共振信號可以充當強輻射器或天線。
如果需要將 RF 信號線佈線到不同的層，我們可以使用兩個並聯的過孔，以最小化總體的附加電感和阻抗。兩個並聯過孔的總阻抗和電感是單個過孔值的一半。當由於佈線限制需要在 RF 信號線中彎曲時，我們希望使用至少是走線寬度 3 倍的彎曲半徑，這將使彎曲走線引起的阻抗變化最小。
作為混合信號設備的 RF 電路板
除非我們的 RF 電路板是多電路板系統的一部分，否則 RF PCB 很可能是混合信號設備。某些設備例外，如 RF 放大器。因此，在使用這些系統時，我們需要考慮使用標準混合信號設計技術。其中一些設備將包含無線功能，因此無線設計規則也需在設計中應用。
對於 RF 設備，我們可能會在電路板上安裝其他類比電路，以支援 RF 器件並提供更多功能。如果是這種情況，我們應該嘗試將敏感 RF 器件與其他模擬器件分開，以避免將類比返回信號佈線到敏感 RF 電路塊之下。
我們需要遵循混合信號設計的最佳實踐，包括正確劃分接地平面、小心放置混合信號積體電路以及正確佈置類比電源和接地段。我們的目標應該是減少數位段耦合到RF模擬段的雜訊，反之亦然。 如果我們正在設計這種類型的電路板，則需注意混合信號 PCB 佈線的基本規則。
維護電路板的安全性至關重要
透過從 PCB 設計中提取資料的模擬工具，可以輕鬆確定適合特定應用的最佳設計選擇。RF 設計中有許多問題需要考慮，因為正確的設計選擇在很大程度上取決於主要工作頻率以及 RF 電路板是否是混合信號電路板。
藉助強大的 layout 和設計軟體，我們將不會遇到模擬檢查不佳、無法添加適當的規則或約束、或者在簡單設計中花費大量時間投資等近乎荒謬的問題。Cadence 的分析工具 可為 RF 電路板的設計與簽發提供 5G 時代所需的完整性、分析及模擬。
譯文授權轉載出處 (映陽科技協同校閱)
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