最近,我們的訊號完整性小組 要求重新設計現有的5千兆赫接地共面波導射頻反饋線,以提高客戶板上Wi-Fi子系統的效能。測量結果表明,給水線阻抗的阻抗約為38歐姆。
在模擬之前,最初的設計發現了幾個問題,包括:
未能說明焊錫罩對痕阻抗的影響
在跟蹤阻抗計算中未能考慮到電路板蝕刻
在附近的非參考地面平面上不正確的切割
對現有的進給線進行了模擬,在模擬結果的基礎上改進了共面幾何,以滿足50歐姆的阻抗要求。因此,客戶報告說,使用新的PCB大大提高了Wi-Fi的效能。
本文討論了初始的共平面幾何 PCB設計 ,上面提到的三個專案的效果,以及最終的共平面幾何。為不同共平面配置展示了e-場圖,以說明與接地共平面設計可能發生的有意和無意耦合。
基礎共面波導
由於Wi-Fi和藍芽整合技術在現代電路板上的普及性,在電路板設計中,基於共平面的波導越來越普遍。GCPW比傳統微帶輸電線路的一些優點如下:
損失較低:更多的電子現場線路在空氣中流動,而不是透過損耗的多金屬板材料流動。這可以使在5千兆赫執行的PCB設計使用成本較低的FR-4。
隔離性:GCPW線路比微帶線路提供更多的隔離性,因為現場線路更緊密地限制。
彈性幾何:GCPW阻抗主要受軌跡與共面地面結構間隙的控制。這使得與微帶輸電線路相比,跟蹤寬度具有更大的靈活性。
較低的銅表面粗糙度損失:微帶線中的電流傾向於沿痕底集中,這是銅最粗糙的地方(促進附著於介質)。適當設計的Gcpw輸電線路往往將電流集中在跟蹤的邊緣,在那裡表面是光滑的。
高階匹配元件放置:大多數藍芽或Wi-Fi射頻反饋線需要系列和/或並行匹配元件。由於Gcpw的地面與軌跡相鄰,平行元件可以直接安裝在軌跡和共面地面之間,這就消除了寄生蟲與通道的關聯。
許多工具可以用來計算GCPW結構的阻抗,但網際網路上可用的免費工具通常對可以分析的結構型別有限制。基本結構通常可以計算,但近銅結構的影響通常需要EM模擬,以正確建模。
在電路板設計中，最佳化射頻反饋線(特別是針對WiFi子系統)是提高整體效能的關鍵環節。以下是一些最佳化策略：
一、選擇適當的傳輸線型別
· 接地共面波導(GCPW)：GCPW在PCB設計中變得越來越普遍，特別是在現代電路板上Wi-Fi和藍芽整合日益普及的情況下。GCPW相比微帶線具有更低的損耗、更好的隔離度以及靈活的幾何形狀等優勢。GCPW的阻抗主要由跡線和共面接地結構之間的間隙控制，這提供了更大的跡線寬度靈活性。
二、最佳化GCPW結構的阻抗
· 阻抗計算與模擬：使用專業的電磁場求解器工具(如Ansoft的Q2D)進行模擬，以確定滿足50歐姆阻抗要求的共面幾何形狀。透過模擬確定最佳間隙和接地平面切口的寬度。
· 考慮阻焊層和凹蝕的影響：在模擬中考慮阻焊層和凹蝕對走線阻抗的影響，以得到更準確的阻抗值。
三、最佳化射頻反饋線的佈局與佈線
· 最小化射頻路徑長度：透過調整元器件佈局，使射頻路徑的長度最小化，同時確保輸入遠離輸出，以減少訊號干擾和損耗。
· 避免訊號交叉：射頻訊號走線應儘可能短而直，避免與其他訊號線交叉。如果必須交叉，應沿著它們之間的射頻走線佈置一層接地連線到主地線，以減少干擾。
· 接地過孔的使用：在射頻訊號線周圍新增儘可能多的接地過孔，以降低接地阻抗並減少電磁輻射。
四、其他最佳化措施
· 電源去耦：確保射頻電路的電源得到充分去耦，以減少電源噪聲對射頻訊號的影響。
· 金屬遮蔽罩的使用：在必要時使用金屬遮蔽罩將射頻能量遮蔽在特定區域內，以減少干擾和輻射。
· 最佳化PCB堆疊：最有效的電路板堆疊方法是將主接地面安排在表層下的第二層，並儘可能將RF線走在表層上。