從雷達到無線網路再到對講機，包含 RF 設計的(de)產品是我們日常生活中的(de)一部分(fēn)，也(yě)使 RF PCB 佈線尤為重要。RF 的(de)頻率範圍從數千赫茲(Hz) 到數十億赫茲，這些頻率存在於大(dà)量類比 / 混合信號設備中。並非隻有在通(tōng)信系統中的(de)電路闆才會被歸類為 RF 電路，許多(duō)相同的(de) RF 設計規則仍然適用(yòng)。
RF PCB 佈線指南(nán)： RF 信號和(hé)闆層疊構
為 RF 電路闆佈線以確保信號完整性，既要正確設計闆層疊構，也(yě)要正確鋪設走線。我們可(kě)以透過 PCB 中正確的(de)闆層疊構來抑制信號線中的(de)傳輸線效應。
雖然通(tōng)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(de)信號反射會影(yǐng)響類比信號。當沿著互連的(de)傳播延遲大(dà)於類比信號振盪週期的(de)四分(fēn)之一時，我們需要注意傳輸線效應，並確保走線阻抗匹配。
確保電路闆能夠處理(lǐ)好複雜的(de)信號
雖然類比信號走線中的(de)反射信號存在一定的(de)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(kě)能會在走線中形成駐波 (Standing wave)。信號線中的(de)自然衰減僅衰減共振時的(de)最大(dà)幅度，並不能完全消除共振。
傳輸線上的(de)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(kě)在電路闆的(de)其他(tā)區域誘發雜訊的(de)高(gāo)幅度電場。如果走線與源和(hé)負載器件阻抗匹配，則可(kě)以消除此問題。
那麼，如何確保走線始終保持阻抗匹配呢(ne)？ 首先，闆層疊構應該使用(yòng)阻抗控制的(de)設計。這確保了(le)在信號層中的(de)走線將在特定容差內具有定義值。我們隻需考慮將信號源和(hé)負載器件的(de)阻抗與該值匹配。即，如果互連末端的(de)一個器件的(de)阻抗不同於信號線，則必須補償該器件的(de)阻抗，而不是走線。
RF 佈線基礎知識
因為走線的(de)阻抗非常重要，所以佈線技術應考慮到以下(xià)因素：
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來自其他(tā)走線 / 器件的(de) EMI、對外部振盪磁場的(de)敏感性以及電路闆輻射的(de) EMI |
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電源和(hé)地之間的(de)去耦 |
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防止 RF 信號線之間耦合 |
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任何可(kě)能增加走線、信號源和(hé)負載之間阻抗不匹配的(de)情況 |
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防止可(kě)強烈輻射到電路闆的(de)其他(tā)區域或外部電路闆的(de)共振 |
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避免外形銳角，以消除阻抗的(de)不連續性 |
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對 RF 信號使用(yòng)隔離走線 (shielding traces) |
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透過同一層和(hé)其他(tā)層上的(de)間隙來分(fēn)隔 RF 走線 |
高(gāo)頻時，RF 信號可(kě)能會影(yǐng)響其他(tā)電路，也(yě)可(kě)能會受到其他(tā)信號的(de)影(yǐng)響。所以，保護 RF 走線非常重要。關鍵的(de)保護方法包括良好的(de)接地、隔離和(hé)濾波。
這些要求很高(gāo)，但是我們不可(kě)能總是完美(měi)地滿足每一個要求，因此哪一點應該得(de)到更多(duō)關注取決於電路闆的(de)具體應用(yòng)。
以下(xià)是 RF 佈線時需要重點考慮的(de)內容：
為了(le)抑制電路向電網輻射，我們可(kě)以用(yòng)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(yě)是一個好方法，因為這將使整個電路闆上的(de)電源層和(hé)接地平面充分(fēn)去耦。
對於高(gāo)頻 RF 電路，為了(le)防止傳輸線效應，傳輸類比信號的(de)走線需要非常短。線之間的(de)間距應該盡可(kě)能大(dà)，並且不應該在很長的(de)距離上緊密走線。平行微帶線之間的(de)耦合隨著平行佈線距離的(de)增加和(hé)間距的(de)減小而增加。
一旦已經計算(suàn)出給定闆層疊構所需的(de)走線幾何形狀，我們應儘量減少走線上過孔的(de)使用(yòng)，因為每個過孔都會增加互連的(de)阻抗。除了(le)增加阻抗，過孔上留下(xià)的(de)任何殘段都將充當高(gāo)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(de)共振信號可(kě)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(de)層，我們可(kě)以使用(yòng)兩個並聯的(de)過孔，以最小化(huà)總體的(de)附加電感和(hé)阻抗。兩個並聯過孔的(de)總阻抗和(hé)電感是單個過孔值的(de)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(yòng)至少是走線寬度 3 倍的(de)彎曲半徑，這將使彎曲走線引起的(de)阻抗變化(huà)最小。
作為混合信號設備的(de) RF 電路闆
除非我們的(de) RF 電路闆是多(duō)電路闆系統的(de)一部分(fēn)，否則 RF PCB 很可(kě)能是混合信號設備。某些設備例外，如 RF 放大(dà)器。因此，在使用(yòng)這些系統時，我們需要考慮使用(yòng)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(yě)需在設計中應用(yòng)。
對於 RF 設備，我們可(kě)能會在電路闆上安裝其他(tā)類比電路，以支援 RF 器件並提供更多(duō)功能。如果是這種情況，我們應該嘗試將敏感 RF 器件與其他(tā)模擬器件分(fēn)開，以避免將類比返回信號佈線到敏感 RF 電路塊之下(xià)。
我們需要遵循混合信號設計的(de)最佳實踐，包括正確劃分(fēn)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(hé)接地段。我們的(de)目標應該是減少數位段耦合到RF模擬段的(de)雜訊，反之亦然。 如果我們正在設計這種類型的(de)電路闆，則需注意混合信號 PCB 佈線的(de)基本規則。
維護電路闆的(de)安全性至關重要
透過從 PCB 設計中提取資料的(de)模擬工具，可(kě)以輕鬆確定適合特定應用(yòng)的(de)最佳設計選擇。RF 設計中有許多(duō)問題需要考慮，因為正確的(de)設計選擇在很大(dà)程度上取決於主要工作頻率以及 RF 電路闆是否是混合信號電路闆。
藉助強大(dà)的(de) layout 和(hé)設計軟體，我們將不會遇到模擬檢查不佳、無法添加適當的(de)規則或約束、或者在簡單設計中花費大(dà)量時間投資等近乎荒謬的(de)問題。Cadence 的(de)分(fēn)析工具 可(kě)為 RF 電路闆的(de)設計與簽發提供 5G 時代所需的(de)完整性、分(fēn)析及模擬。
譯文授權轉載出處 (映陽科技協同校閱)
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