Yüksek Frekanslı PCB Tasarımı: RF Sinyal Performansını Etkileyen Faktörler
Nesnelerin İnterneti teknolojisinin yükselişiyle, elektronik ürünlerin kablosuz iletişim işlevlerini taşıması giderek daha yaygın hale geliyor ve kablosuz iletişim teknolojisi, başarmak için PCB üzerindeki RF devresine güveniyor. Ne yazık ki, RF Devreleri için PCB tasarımcıları bile çoğu zaman yasaklayıcıdır, çünkü büyük tasarım zorlukları getirir ve profesyonel tasarım ve simülasyon analiz araçları gerektirir. Bu nedenle, PCB'nin RF kısmı, RF tasarım uzmanlığına sahip bağımsız tasarımcılar tarafından yıllarca tasarlanmıştır.
RF devre tasarım mühendisi, zorlu bir operasyonun ardından 18 dövüş sanatından ayrıldı, aşağıdaki RF devre düzenini tasarladı ve DXF formatını kopyalama için PCB Layout'a ihraç etti. Havalı değil mi?
PCB tasarımı Siege Lion, RF devre DXF format dosyasını içe aktardıktan sonra, izin hem dik açılara hem de keskin köşelere sahip olduğunu buldu. Kendi kendime düşündüm, emmm, bu radyo frekansı gerçek su ve maaş emek ve sermayeden daha yüksek, bu yüzden keskin pah kırma ve ark geçişinden kaçınmak gerekli değil. RF devre parçasının yönlendirmesini anlayın, ardından yeniden optimize edin
sonuç…
Gelecekte yanlış anlaşılmaları önlemek için, radyo frekansı bakterileri işten çıktıktan sonra düzen bakterilerini çağırdı, radyo frekansı PCB tasarımının bazı ilgili noktalarına rehberlik etmek için kapıyı ve kolu kapattı.
Radyo frekansı devre teorisine göre, sinyal bağlantı hattı üzerinde iletilen sinyalin dalga boyu, ayrı devre elemanının geometrik boyutu, radyo frekansı IC piminin pedi, radyo frekansı sinyalinin iletim hattı ile karşılaştırılabilir. PCB, radyo frekansı pasif cihazı, Vias ve hatta topraklanmış bakır, RF sinyallerinin performansını ciddi şekilde etkileyen önemli faktörlerdir.
Microstrip hattı, PCB üzerinde yüksek frekanslı sinyal iletimi için ideal bir seçimdir. IC ile anten arasındaki bağlantı mesafesi çok kısa olmadıkça, lütfen koaksiyel kablo veya eşleşen karakteristik empedanslı iletim hattı kullanın. Baskılı devre kartı üzerinde, aşağıdaki şekilde gösterilen yapıya sahip bir mikroşerit iletim hattı kullanmak en iyisidir.
Mikroşerit iletim hattı, sabit genişlikte bir metal iz (iletken) ve doğrudan altında bir zemin alanı (bitişik katman) içerir. Örneğin, 1. katman (üst metal) üzerindeki izler, 2. katman üzerinde sağlam bir zemin alanı gerektirir. İz genişliği, dielektrik katmanın kalınlığı ve dielektrik tipi, karakteristik empedansı (genellikle 50Ω veya 75Ω) belirler.
Tabii ki, mikroşerit hattına ek olarak, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi ortak bir iletim hattı da şerit hattıdır.
Şerit çizgisi, iç katmanda sabit genişlikte izler ve üstündeki ve altındaki topraklama alanlarını içerir. İletken, zemin alanının ortasına yerleştirilebilir veya belirli bir ofsete sahip olabilir. Bu yöntem, iç radyo frekansı yönlendirmesi için uygundur.
Şerit hattı aynı zamanda RF yönlendirmesi için de uygun olduğundan, Lao Wu neden mikro şerit hattının PCB üzerinde yüksek frekanslı sinyal iletimi için ideal bir seçim olduğunu söylüyor?
İster bir mikro şerit hattı isterse bir şerit hattı olsun, her ikisi de milimetre dalga frekanslarını iletmede mükemmel performansa sahiptir ve fark, üretim maliyetinde yatmaktadır.
Şeritli devrelerle karşılaştırıldığında, mikro şerit devrelerin daha az işlem adımı vardır ve devre bileşenlerinin yerleştirilmesi daha kolaydır ve bu nedenle üretimi daha kolaydır (daha düşük üretim maliyetleri). Mikroşerit hatlarıyla karşılaştırıldığında, şerit hatlar, bitişik devre hatları için daha fazla izolasyon sağlayabilir ve daha yoğun bir bileşen düzenini destekleyebilir. Ek olarak, şeritli devreler de çok katmanlı devre kartlarının üretimi için çok uygundur ve her katman iyi izole edilebilir.
Mikroşerit ve şeritli iletkenlerin elektriksel özellikleri, yalıtım malzemesinin dielektrik sabitinden ve zemin katmanının yakınlık etkisinden etkilenir. Mikro şerit hattının yalnızca bir zemin düzlemi varken, şerit çizgisinin iki zemin düzlemi vardır. Bir mikroşerit hattı için, iletkenin empedansını etkileyen etkili dielektrik sabiti, yalıtım malzemesinin bağıl dielektrik sabitinin ve devrenin üzerindeki havanın (1'e eşit) toplamıdır. Şerit hattının etkili dielektrik sabiti, iletkenin üst ve alt substratlarının nispi dielektrik sabitlerinin toplamıdır.
Tüm yüksek frekans devrelerinde olduğu gibi, empedansı kontrol altında tutmak, tutarlı genlik ve faz tepkisi elektrik performansı elde etmek için çok önemlidir. İki iletim hattının iletkenlerinin empedansı, diğer faktörlerin yanı sıra, iletkenin genişliğinin, iletkenin kalınlığının, yalıtıcı alt tabakanın kalınlığının ve alt tabakanın nispi geçirgenliğinin veya dielektrik sabitinin bir fonksiyonudur. Şerit hatları için, merkez iletken ile iki zemin düzlemi arasındaki mesafenin eşit olup olmadığı veya iletkenin üzerindeki ve altındaki yalıtkanların dielektrik sabitlerinin aynı olup olmadığı önemli değildir (aynısı mikro şerit hatları için de geçerlidir).
Şerit çizginin iki zemin düzlemi vardır, bu nedenle şerit çizgisinin 50Ω (veya herhangi bir empedans) çizgisi, mikro şerit hattının aynı empedansının iletkeninden daha incedir. Daha ince kablolar daha yüksek devre yoğunluğunu desteklese de, daha ince kablolar da daha sıkı üretim toleransları gerektirir ve tüm devre alt tabakasının dielektrik sabiti çok tutarlı olmalıdır. Mikroşerit hattının tek uçlu (dengesiz) iletim hattının dielektrik kaybı (substratın dağıtım faktörü ile tanımlanır) şerit hattınınkinden daha azdır. Bunun nedeni, mikroşerit hattının bazı alan çizgilerinin havada olması ve dağılım faktörünün göz ardı edilebilmesidir.
Kuşkusuz, bu iki iletim hattının performansı, üretimlerinde kullanılan taşıyıcının - yalıtım alt tabakasının - performansıyla neredeyse aynıdır. FR-4 gibi kullanılan PCB malzemeleri gibi maliyetleri düşürebilir, ancak aynı zamanda performansını sınırlar. Farklı mikroşerit hatları ve şerit hattı uygulamalarına göre en uygun malzemenin seçilmesi bu iki iletim hattının rolünü daha iyi oynayacaktır. avantaj.
Pek çok mühendislik kararında olduğu gibi, mikro şerit veya şerit seçimi tartılacaktır. Örneğin, şeritli devreler yüksek devre yoğunluğuna sahiptir. Bu nedenle, aynı frekans koşulları altında, mikro şerit devrelerinden daha fazla malzeme katmanı, daha fazla işlem süresi ve maliyeti ve ayrıntı işlemeye daha fazla dikkat gerektirirler.
Yaygın mikroşerit hatları ve şerit hatları ile karşılaştırıldığında, bitişik radyo frekansı hatları ve diğer sinyal hatları arasında daha iyi izolasyon sağlayan, topraklanmış eş düzlemli dalga kılavuzu olan başka bir tür radyo frekansı iletim hattı vardır. Bu ortam, orta iletkeni ve aşağıda gösterildiği gibi her iki taraftaki ve altındaki topraklama alanını içerir:
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, topraklanmış eş düzlemli dalga kılavuzunun her iki tarafına "çitler" aracılığıyla kurulum yapılması önerilir. Bu üstten görünüm, ara iletkenin her iki yanındaki üst metal zemin alanına bir sıra toprak yolunun yerleştirilmesine bir örnek sağlar. Üst katmanda oluşan döngü akımı, aşağıdaki zemin düzlemine kısaltılmıştır.
Mikroşerit hattı ile karşılaştırıldığında, topraklanmış eş düzlemli dalga kılavuzu yalnızca ortamın alt yüzeyinde bir zemin düzlemine sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda ortamın üstündeki sinyal iletim hattının her iki tarafında da zemin düzlemlerine sahiptir, bu nedenle daha geniş bir zemine sahiptir. alan. Eş düzlemli dalga kılavuzu, sinyal hattını çevrelemek için zemin düzlemini kullanarak elektrik performansının kararlılığını sağlar.
Mikroşerit hattının ve topraklanmış eş düzlemli dalga kılavuzu devresinin iletim modlarının ikisi de yarı-enine elektromanyetik modlardır (yarı-TEM). Topraklanmış eş düzlemli dalga kılavuzu devresinin gelişmiş topraklama yapısı nedeniyle, işlenmesi bir dereceye kadar daha karmaşıktır. Mikroşerit hattı ile karşılaştırıldığında, topraklanmış eş düzlemli dalga kılavuzu devresi düşük dağılım özelliklerine sahiptir. Frekans milimetre dalga bandına yükseldiğinde, topraklanmış eş düzlemli dalga kılavuzu devresi, mikroşerit hat devresinden daha düşük radyasyon kaybına sahiptir.
Gelişmiş topraklama yapısı nedeniyle, topraklanmış eş düzlemli dalga kılavuzu devresi, mikro şerit devresinden daha geniş bir etkili bant genişliğine ve daha büyük bir empedans aralığına sahiptir. Bununla birlikte, mikro şerit devre yapısı nispeten sağlamdır ve basit alt toprak devre yapısının işlenmesi kolaydır. Ek olarak, mikroşerit devresinin performansı, devre işleme faktörlerine duyarlı değildir ve devre performansı, iletken / boşluk aşındırmadaki farktan ve iletken kalınlığındaki farktan daha az etkilenir.
RF devre düzenindeki keskin virajlar, iletim hattı bükülme dengelemesi için özel olarak tasarlanmıştır.
İletim hattının kablolama kısıtlamaları nedeniyle bükülmesi (yönünün değiştirilmesi) gerektiğinde, kullanılan bükülme yarıçapı ara iletkenin genişliğinin en az 3 katı olmalıdır. Başka bir deyişle:
Bükülme yarıçapı ≥ 3 × (çizgi genişliği).
Bu, köşenin karakteristik empedans değişikliğini en aza indirir.
Kademeli bükülme elde etmek imkansızsa, iletim hattı aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi dik açılarda (kavisli olmayan) bükülebilir. Bununla birlikte, bükülme noktasından geçerken yerel etkili hat genişliğindeki artışın neden olduğu empedanstaki ani değişikliği azaltmak için bunun telafi edilmesi gerekir.
Bizim diğer ürün:
