PCB技術 - CAD中高頻電路（PCB）分析

CAD高頻電路分析


當工作頻率較高（約2GHz）時，信號波長可以逐漸匹配器件尺寸。貼片電感的阻抗表現出明顯的分佈特性，即不同的參考位置存在不同的阻抗。在高頻下，器件的電路響應隨其尺寸和空間結構而變化。常規的阻抗測量參數不能準確反映實際電路的響應特性。以手機的射頻功放電路為例，用於阻抗匹配的兩個高頻電感（工作頻率1.9GHz）為光刻薄膜電感。如果更換規格和精度相同但Q值明顯更高的疊片電感（測量儀hp-4291b），電路的傳輸增益將下降近10%。說明電路的匹配狀態在下降。使用低頻分析方法顯然無法準確解釋高頻的應用。關注L和q貼片電感的高頻分析是不合適的，至少是不夠的。


電磁場理論在工程中常用於分析具有分佈特性的高頻應用問題。一般在用阻抗分析儀（hp-4291b）測量貼片電感時，通過夾具補償和儀器校準，測量精度可以提高到0.1nh左右，理論上足以保證電路設計的精度要求。但不可忽視的問題是，此時的測量結果僅反映匹配狀態下電感器件端電極界面之間的參數性能（測量夾具設計為精確匹配），而內部電磁電感器件的分佈和外部電磁環境要求沒有體現。由於內部電極結構不同，相同測試參數的電感器可能具有完全不同的電磁分佈。在高頻條件下，貼片電感的實際電路應用環境（近似匹配、密集貼裝、PCB分佈影響）往往與測試環境不同。很容易產生各種複雜的近場反射，導致實際響應參數（L，q）的微小變化。對於射頻電路中的低電感來說，這種影響是不可忽視的，我們稱之為“分佈影響”。貼片電感的PCB分佈影響）往往與測試環境不同。很容易產生各種複雜的近場反射，導致實際響應參數（L，q）的微小變化。對於射頻電路中的低電感來說，這種影響是不可忽視的，我們稱之為“分佈影響”。貼片電感的PCB分佈影響）往往與測試環境不同。很容易產生各種複雜的近場反射，導致實際響應參數（L，q）的微小變化。對於射頻電路中的低電感來說，這種影響是不可忽視的，我們稱之為“分佈影響”。


在高頻電路（包括高速數字電路）的設計中，綜合考慮電路性能、器件選擇和電磁兼容性，一般採用網絡散射分析（s參數）的方法來考慮實際電路系統的工作性能，信號完整性分析、電磁仿真分析、電路仿真分析等。 針對片式電感的“分佈影響”問題，可行的解決方案是對電感進行結構電磁仿真，準確提取相應的SPICE電路模型參數為電路設計的基礎，從而有效降低電感器件在高頻設計應用中的誤差影響。國外（日本）主要元器件企業生產的貼片電感技術參數大部分都包含s參數，可用於準確的高頻應用分析。