电路板设计中射频反馈线的优化

最近,我们的信号完整性小组 要求重新设计现有的5千兆赫接地共面波导射频反馈线,以提高客户板上Wi-Fi子系统的性能。测量结果表明,给水线阻抗的阻抗约为38欧姆。

在模拟之前,最初的设计发现了几个问题,包括:

未能说明焊锡罩对痕阻抗的影响

在跟踪阻抗计算中未能考虑到电路板蚀刻

在附近的非参考地面平面上不正确的切割

对现有的进给线进行了仿真,在仿真结果的基础上改进了共面几何,以满足50欧姆的阻抗要求。因此,客户报告说,使用新的PCB大大提高了Wi-Fi的性能。

本文讨论了初始的共平面几何  PCB设计 ,上面提到的三个项目的效果,以及最终的共平面几何。为不同共平面配置展示了e-场图,以说明与接地共平面设计可能发生的有意和无意耦合。

基础共面波导

由于Wi-Fi和蓝牙集成技术在现代电路板上的普及性,在电路板设计中,基于共平面的波导越来越普遍。GCPW比传统微带输电线路的一些优点如下:

损失较低:更多的电子现场线路在空气中流动,而不是通过损耗的多金属板材料流动。这可以使在5千兆赫运行的PCB设计使用成本较低的FR-4。

隔离性:GCPW线路比微带线路提供更多的隔离性,因为现场线路更紧密地限制。

弹性几何:GCPW阻抗主要受轨迹与共面地面结构间隙的控制。这使得与微带输电线路相比,跟踪宽度具有更大的灵活性。

较低的铜表面粗糙度损失:微带线中的电流倾向于沿痕底集中,这是铜最粗糙的地方(促进附着于介质)。适当设计的Gcpw输电线路往往将电流集中在跟踪的边缘,在那里表面是光滑的。

高级匹配组件放置:大多数蓝牙或Wi-Fi射频反馈线需要系列和/或并行匹配组件。由于Gcpw的地面与轨迹相邻,平行组件可以直接安装在轨迹和共面地面之间,这就消除了寄生虫与通道的关联。

许多工具可以用来计算GCPW结构的阻抗,但互联网上可用的免费工具通常对可以分析的结构类型有限制。基本结构通常可以计算,但近铜结构的影响通常需要EM模拟,以正确建模。

在电路板设计中，优化射频反馈线(特别是针对WiFi子系统)是提高整体性能的关键环节。以下是一些优化策略：

一、选择适当的传输线类型

· 接地共面波导(GCPW)：GCPW在PCB设计中变得越来越普遍，特别是在现代电路板上Wi-Fi和蓝牙集成日益普及的情况下。GCPW相比微带线具有更低的损耗、更好的隔离度以及灵活的几何形状等优势。GCPW的阻抗主要由迹线和共面接地结构之间的间隙控制，这提供了更大的迹线宽度灵活性。

二、优化GCPW结构的阻抗

· 阻抗计算与模拟：使用专业的电磁场求解器工具(如Ansoft的Q2D)进行模拟，以确定满足50欧姆阻抗要求的共面几何形状。通过模拟确定最佳间隙和接地平面切口的宽度。

· 考虑阻焊层和凹蚀的影响：在模拟中考虑阻焊层和凹蚀对走线阻抗的影响，以得到更准确的阻抗值。

三、优化射频反馈线的布局与布线

· 最小化射频路径长度：通过调整元器件布局，使射频路径的长度最小化，同时确保输入远离输出，以减少信号干扰和损耗。

· 避免信号交叉：射频信号走线应尽可能短而直，避免与其他信号线交叉。如果必须交叉，应沿着它们之间的射频走线布置一层接地连接到主地线，以减少干扰。

· 接地过孔的使用：在射频信号线周围添加尽可能多的接地过孔，以降低接地阻抗并减少电磁辐射。

四、其他优化措施

· 电源去耦：确保射频电路的电源得到充分去耦，以减少电源噪声对射频信号的影响。

· 金属屏蔽罩的使用：在必要时使用金属屏蔽罩将射频能量屏蔽在特定区域内，以减少干扰和辐射。

· 优化PCB堆叠：最有效的电路板堆叠方法是将主接地面安排在表层下的第二层，并尽可能将RF线走在表层上。

综上所述，通过选择适当的传输线类型、优化GCPW结构的阻抗、优化射频反馈线的布局与布线以及采取其他优化措施，可以显著提高WiFi子系统在电路板设计中的性能。这些优化策略有助于减少信号干扰和损耗，提高整体系统的稳定性和可靠性。