射頻PCB 設計

2021-10-07 22:37:20 字數 2964 閱讀 6841

對於自身沒有聯結器的模組,需通過 rf 走線和天線饋點或者聯結器連線,所以 rf 線推薦走微帶線, 越短越好,差損控制在 0.2db 以內,並且阻抗控制在 50ω。

在模組和天線聯結器(或饋點)之間預留乙個π型電路(兩個並行器件接地腳要直接接到主地)供天線除錯。

在 pcb 走線時,此訊號走線控制 50ω。產品的射頻效能與此走線密切相關。在 pcb 板上影響此走線阻抗的因素如下:

走線的寬度和厚度

介質介電常數和厚度

焊盤的厚度

與地線的距離

附近的走線

阻抗設計

兩個天線介面的 rf 訊號線阻抗都需要控制 50ω。在實際應用中根據 pcb 的其他引數如參考層厚度、層數和疊層等都會影響到 rf 的走線方式,不同的情況參考 gnd 層不一樣,走線差距也將很大。

3w 原則

多層板設計天線 rf 訊號在 pcb 上走線時,首先考慮的是滿足基本的「3w 原則」。為了減少線間串擾,應保證線間距足夠大,如果線中心距不少 3 倍線寬時,則可保持 70%的線間電場不互相干擾,稱為「3w 原則」。

3w 原則示意圖

射頻 pcb layout 部分

射頻走線盡量做50歐姆阻抗,如果無關做到,應將射頻走線寬度保持在0.5mm1mm距地安全距離也要保持在0.5mm1mm,周圍打滿地孔

射頻座子的地建議盡量淨空

過孔焊盤建議用淚滴結束

射頻走線應盡量遠離電源,sim卡,時鐘,高速數碼訊號;保其不對周圍器件產生的影響,所以在天線周邊建議客戶不要放其他元器件,並且 pcb 上的走線盡可能遠離 rf 部分。

射頻走線應盡量短,遇彎需走蛇形線或圓弧,周圍打地孔;

兩層板阻抗設計

因為大部分客戶多有用雙面板進行設計,所以針對兩層板典型的 1.6mm,1.0mm 厚度 pcb 設計做例項說明:

案例一:pcb 板厚 1.6mm

考慮到 pcb 板厚的影響,要完全符合 3w 原則很難實現,既要保證 50ω走線,又要確

射頻走線過長時,模組測和天線測建議預留匹配電路

如果板上空間富裕,優先通過布局實現rf走線的短和直,如果布局空間不允許,需要拐角走線,一定避免直角或45°拐角走線,要走圓弧走線,如果實在要走直角了,可以通過放置元件通過元件的擺位的方式來替代走線來做90°角的轉折,這樣可以最大化避免阻抗突變造成的訊號反射影響。

兩層板阻抗設計

因為大部分客戶多有用雙面板進行設計,所以針對兩層板典型的 1.6mm,1.0mm 厚度 pcb 設計做例項說明:

案例一:pcb 板厚 1.6mm

考慮到 pcb 板厚的影響,要完全符合 3w 原則很難實現,既要保證 50ω走線,又要確保其不對周圍器件產生的影響,所以在天線周邊建議客戶不要放其他元器件,並且 pcb 上的走線盡可能遠離 rf 部分。

經過我們大量實際驗證,以下設計可以保證 rf 阻抗控制在 50ω左右,並且受到影響最小:

rf 線寬 43mil,離旁邊的地(藍色)的距離是 8mil,射頻走線的正下方是 rf 線參考層,通常為完整的地(紅色)。 rf 線四周需完整的地保護,並且沿著走線方向盡量多打地孔。在射頻走線及其參考地周圍,不建議有其他任何走線或器件。

50ω阻抗的理論計算:

阻抗計算工具示意圖(單位 mil)

er1,t1,c1,c2,cer 引數一般由 pcb 板廠確認,每個 pcb 板廠的工藝和材質有略微差異,需要和 pcb 板廠確認。

h1 為 pcb 厚度,w1 為線寬,d1 為線到旁邊 gnd 的距離。 實際生產中要考慮誤差。案例二 pcb 板厚 1.0mm pcb 板厚 1.0mm 時,rf 在 pcb 上線寬是 35mil,線到旁邊的 gnd 的間距是 8mil。

四層板阻抗設計

四層板,板厚 1.0mm,rf 線走在表層 lay1,參考 lay2(gnd 層)。不同 pcb 板廠的疊層會有不同,以下圖的 4 層板的疊層為例:

層板疊層厚度示意圖

lay 1 到 lay 2 的厚度是 65um,rf 走線 4mil,rf 到兩邊 gnd 的距離大於 3 倍的 rf線寬。lay 1 藍色,紅色是 lay 2 層,高亮部分是 rf 線。

rf 走線示意圖

50ω阻抗的理論計算:

d1 的值在大於 3 倍的 w1 以後,對阻抗的影響就很微弱。

四層板阻 top 層走線抗計算示意圖

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