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PCB技術

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高頻電路及高頻PCB設計原理
2020-09-12
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Author:Dag      Share


PCB設計原理涉及很多方面,包括基本原理、抗干擾、電磁兼容、安全防護等,特別是高頻電路的開發(尤其是高頻PCB)導致高頻PCB缺乏相關概念很多人還停留在“將電氣原理與導體連接起來,起到預定作用”的基礎上,甚至認為“PCB設計屬於結構、工藝和提高生產效率的考慮”。很多射頻工程師並沒有完全意識到這個環節應該是整個射頻設計工作的重點,錯誤地把精力花在了高性能元器件的選擇上,導致成本急劇上升而性能提升不大。 .

特別是數字電路憑藉其強大的抗干擾、檢測和糾錯能力,可以任意構建各種智能環節,保證電路的正常功能。一個普通的數字應用電路,高附加配置各種“保證正常”的環節,顯然是一種沒有產品概念的措施。但往往在“不值得”環節,反而引發一系列產品問題。原因是這種從產品工程的角度來說不值得構建可靠性保證的功能環節,應該是基於數字電路本身的工作機制,這只是電路設計(包括PCB設計)中的錯誤結構,導致電路處於不穩定狀態。高頻PCB

高頻PCB

高頻PCB

在數字電路中,有三個方面值得認真對待

(1)數字信號本身屬於廣譜信號。根據傅里葉函數的結果,它含有豐富的高頻成分,因此在數字IC的設計中充分考慮了數字信號的高頻成分。但是,除了數字IC,如果每個功能鏈路內部和之間的信號過渡區域是任意的,就會導致一系列問題。特別是在數字、模擬和高頻電路的混合應用中。

(2) 數字電路應用中的各種可靠性設計,都關係到電路在實際應用中的可靠性要求和產品工程要求,因此不可能在滿足這些要求的電路中加入各種高成本的“保證”部件。傳統設計的要求。

(3)數字電路的工作頻率正以前所未有的速度走向高頻化(如CPU主頻已達到1.7GHz,遠超微波頻段下限)。雖然相關設備的可靠性保證功能也是同步的,但它是基於設備內部和典型的外部信號特性。

對於微波級高頻電路,PCB上每條對應的帶狀線與接地板形成一條微帶線(非對稱型)。對於兩層以上的PCB,可以形成微帶線和帶狀線(對稱微帶傳輸線)。不同的微帶線(雙面PCB)或帶狀線(多層PCB)相互形成耦合微帶線,從而形成各種複雜的四端口網絡,從而形成微波級電路PCB的各種特性。

可見微帶傳輸線理論是微波高頻電路PCB的設計基礎。

對於800MHz以上的rf-pcb設計,天線附近的PCB網絡設計要完全遵循微帶理論(而不是僅僅將微帶概念作為提高集總參數器件性能的工具)。頻率越高,微帶理論的指導意義越顯著。

對於電路的集總參數和分佈參數,工作頻率越低,分佈參數的函數特性越弱,但分佈參數始終存在。是否考慮分佈參數對電路特性的影響沒有明確的界限。因此,微帶線概念的建立對於數字電路和相關中頻電路的PCB設計也很重要。

微帶線理論的基礎和概念以及微波級射頻電路和PCB的設計理念實際上是微波雙傳輸線理論的一個應用方面。對於rf-pcb佈線,每條相鄰的信號線(包括在不同平面的相鄰)都具有遵循兩條線的基本原理的特點(對此,下面將進行清楚的說明)。

雖然常見的微波射頻電路在一側設有接地板,使得其上的微波信號傳輸線趨於復雜的四端口網絡,因此直接遵循耦合微帶線理論,其基礎仍然是兩線製。理論。因此,在設計實踐中,雙線理論具有更廣泛的指導意義。

一般來說,對於微波電路,微帶線理論具有定量的指導意義,屬於兩線理論的具體應用,而兩線理論具有更廣泛的定性指導意義。

值得一提的是,兩線理論給出的所有概念,從表面上看,似乎與實際的設計工作(尤其是數字電路和低頻電路)沒有任何联系,但實際上是一種錯覺。兩線理論可以指導電子電路設計中的所有概念問題,尤其是在PCB電路設計中。

雙線理論雖然是建立在微波高頻電路的前提下的,但正是由於高頻電路中分佈參數的影響,其指導意義才顯得尤為突出。在數字或中低頻電路中,與集總參數分量相比,分佈參數可以忽略不計,兩線理論的概念變得模糊。

然而,如何區分高頻電路和低頻電路在設計實踐中往往被忽視。屬於哪一類通用數字邏輯或脈衝電路?顯然,具有非線性元件的低頻電路和中低頻電路,一旦某些敏感條件發生變化,就很容易反映出一些高頻特性。CPU主頻達到了1.7GHz,遠遠超出了微波頻率的下限,但仍然是數字電路。由於這些不確定性,PCB 設計非常重要。

在很多情況下,電路中的無源元件可以等效為特定規格的傳輸線或微帶線,可以用雙傳輸線理論及其相關參數來描述。

總之,可以認為雙傳輸線理論是在綜合所有電子電路特性的基礎上誕生的。因此,嚴格來說,如果在設計實踐的每一個環節都以雙傳輸線理論所體現的理念為原則,那麼相應的PCB電路將面臨的問題很少(無論電路應用於什麼工況)。