当信号的工作频率高于 100 MHz 时,使用射频PCB,此类别包括微波 PCB,其中射频信号的频率高于 2 GHz。RF PCB 用于多种应用,包括无线传输系统、智能手机、雷达、传感器和安全系统。与传统 PCB 相比,RF PCB 涉及更大的设计复杂性,主要与信号完整性、抗噪性、电磁干扰和严格的阻抗容差有关。在设计射频电路时,要考虑以下因素:
1、材料选择
对于RF PCB,使用特定材料,例如PTFE、陶瓷、碳氢化合物和各种类型的玻璃纤维。属于氟聚合物系列的PFE和PTFE材料提高了基材的耐化学性,具有抗粘附性和光滑性,以及非凡的耐热性(它们可以承受甚至高于 200°C 的温度)。
2、传输线
RF PCB 需要传输线(微带线、带状线、共面波导或其他),其中必须严格控制阻抗值以避免功率损耗并确保信号完整性。在微带传输线(图1)中,走线的宽度、层的厚度和电介质的类型决定了特性阻抗的值,典型值为50Ω和75Ω。微带线用于外层,而带状线用于内层。另一方面,共面波导(接地)提供了最佳的隔离度,尤其是在射频信号穿过非常接近的迹线的情况下。
3、阻抗和电感
设计人员广泛使用的一种方法是选择一个通用阻抗值(通常为50Ω),从而仅选择具有该特性阻抗的射频组件(滤波器、天线、放大器)。50Ω值的优点是非常广泛,并简化了阻抗匹配,允许为每个PCB 走线分配正确的宽度。
4、绝缘
特别要注意避免信号之间的危险耦合。RF 传输线应尽可能与其他走线分开(尤其是当高速信号交叉时,例如 HDMI、以太网、USB、时钟、差分信号等),并且不要相互平行地长距离传输。承载高速信号的走线应与射频信号在不同的层上布线,以避免耦合现象。电源线也应通过插入合适的去耦/旁路电容器在专用层上布线。
5、接地层
通常的做法是在包含组件或射频传输线的每一层附近插入连续的接地层(没有任何中断)。在带状线的情况下,中心导体上方和下方都需要专用接地层。通孔可以添加在射频迹线上和射频元件附近,从而减少电流回地路径产生的寄生电感的影响。通孔还有助于减少射频线与通过 PCB 的其他信号之间的耦合。
6、电容
无论是单配置还是星配置,都应靠近电源引脚放置。在星形配置中,对于具有多个电源引脚的组件特别有用,具有较高容量(几十微法拉)的去耦电容器放置在星形的中心,而其他容量较低的电容器放置在每个分支附近。
7、组件接地层
大多数集成电路需要在组件层(PCB 的顶层或底层)上直接放置在组件下方的连续接地层。该平面的目的是将CC和RF信号的返回电流引向指定的接地平面。