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為什么設計射頻、微波PCB難度如此之大?這些技巧你該掌握

2018-02-08 10:46:59 發布者:廣東合通建業科技股份有限公司
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來源:網絡


  簡介

  如今的電子產品已經不再像上世紀 70 年代的電視和電冰箱一樣,消費者每隔十年才更新換代一次。現在幾乎每個家庭的每位成員都是電子產品的消費者,而且隨著科技發展不斷為智慧手機、平板計算機、汽車和電視帶來各種人們消費得起的新功能,人們每年都會購買新產品。

      本文引用地址:http://www.hsaivl.live/zhuanjiajiangtang/39-134.html

  這些電子產品的共同特征之一是采用無線技術,而該技術極度依賴于RF射頻電路。遺憾的是,即使是最自信的設計人員,對于射頻電路也往往望而卻步,因為它會帶來巨大的設計挑戰,并且需要專業的設計和分析工具。正因為如此,許多年來,PCB的射頻部分一直是由擁有射頻設計專長的獨立設計人員完成設計。

  為什么設計射頻和微波PCB設計的難度如此之大?

  該設計過程中出現的問題非常多,并且可能對質量和生產率造成嚴重影響。例如,將一名設計人員的射頻電路嵌入到其他設計人員的PCB時,由于他們往往使用不同的設計格式,因此效率必然大打折扣。此外,設計人員還經常被迫在設計中做出更改,以便配合使用射頻電路。由于仿真往往是在射頻電路中進行的,而不是在整個PCB 的背景下進行,因此可能會遺漏電路板對射頻電路產生的顯著影響,反之亦然。

  隨著射頻內容不斷增加,PCB設計人員和工程師意識到,為提高生產率和產品質量,最好由他們在自己的設計工具內自行解決射頻設計挑戰。遺憾的是,大多數桌面PCB設計工具并不能幫助他們簡化這一任務。

  例如,在使用射頻仿真器對電路建模后,一旦達到所需的電氣性能,仿真器就會產生此電路的銅箔形狀(通常為DXF格式),以便導入到PCB設計工具中。此過程往往會給設計人員帶來一些困擾,例如由于無法正確轉換DXF檔而導致不能將其轉換為銅箔形狀。這種情況下,設計人員需要手動操作導入DXF檔,而這可能會在形狀尺寸方面產生人為錯誤和誤差,從而導致射頻電路失效。

  PCB設計人員或工程師在嘗試對射頻和微波電路進行Layout設計時面臨的挑戰還遠遠不止上述幾條。不過,好在您的設計工具中有一些小型解決方案在化解上述挑戰方面可發揮重要作用。本白皮書將為您介紹六條技巧,來幫助您簡化任何射頻PCB設計任務和減輕工作壓力!

  1. 保持完好、精確的射頻形狀

  類似前面描述的一些嚴重錯誤可能導致電路性能低下,甚至無法工作。為了盡量減少錯誤、簡化射頻設計任務以及提高生產率,PCB設計工具可以針對復雜的銅箔形狀提供導入控制。例如,您可以透過控制DXF 檔中的層別,并將其重新映像至CAD電氣系統層別,來建立可用的銅箔形狀( 1)

    

  圖1:設計工具如果允許使用者控制DXF導入過程,將有助于減少人為錯誤和誤差,例如在由于復雜性過高而導致導入的檔案無法轉換為銅箔形狀時。

  2. 保留拐角形狀(CORNERS SHARP)

  設計用于射頻和微波的銅箔形狀時,一個很重要的方面是能夠建立帶尖拐角的 Gerber檔。優秀的PCB設計工具可以簡化這一過程。例如,使用50毫米線條繪制形狀與使用50毫米圓形光圈繪圖相比,往往令設計具有較小的半徑。設計工具在建立Gerber檔時,可透過正確地自動轉換線條寬度來獲得尖拐角( 2)

    

  圖2:有效的PCB設計工具會自動考慮用于繪制形狀的線型,以計算準確的線條寬度,幫助您輕松建立尖拐角。

  3. 自動產生倒角(CHAMFERED CORNERS)

  射頻和微波電路中經常用到倒角,以減小供給線與電容之間的分段不連續性阻抗,從而改善 MMIC 的頻率性能。90o拐角與倒角之間的距離至關重要。因此,設計人員需要采用自動方法來基于設計指定需要產生的倒角比率。PCB設計工具如果能夠基于設計規則自動強制實施需要產生的倒角比率,設計人員和工程師將會從中受益,在節省時間的同時提高設計質量( 3)

    

  圖3:設定倒角規則的功能可以簡化設計過程和節省時間。

  4. 使用自動化功能有助于布置COPLANARCHANNEL WAVEGUIDES

  共面波導和頻道波導在射頻和微波設計中也很常見。采取手動方式建立時,此項任務可能非常耗時,而且容易出錯。設計人員需要控制走線與via之間的特定距離,以及一個via與另一個via之間的距離,從而確保電路具有符合設計要求的性能。設計工具在這方面也能提供幫助,即透過提供via使用控制和自動使用via來降低復雜性和提高質量( 4)

    

  圖4PCB設計工具如果能夠控制coplanarwave-guide via的建立,將有助于顯著減少設計錯誤和縮短設計時間。

  5. 使用自動化STITCHING VIAS

  射頻設計的另一個重要方面是確保正確地利用vias屏蔽特定的區域。盡管此任務可由設計人員手動進行,但這個過程極其耗時。如果PCB設計工具能夠自動完成此過程,將可以縮短設計周期時間并確保符合您的所有設計規則。利用此類工具,設計人員可以指定via模式產生特定規則,而將剩余的工作全部交由PCB設計工具完成。

  6. 使用設計規則確保設計即正確

  支持射頻設計的PCB設計工具通常允許設定多項設計規則:用于不同銅箔區域的via類型;via自身需要連接到的net類型;從銅箔區域邊緣到via需要保持的距離;一個via到下一個via的距離;via模式類型;以及能否僅僅透過向銅箔區域的外緣添加via來產生Faraday cage( 5)

    

  圖 5:利用支持射頻設計的PCB設計工具,您可以設定用于產生via模式的設計規則,并自動在您的設計中強制實施這些規則,從而節省您的時間和確保符合您的所有設計規則。

  結論

  當今的設計人員和工程師面臨著日益加劇的設計挑戰,因此很有必要擁有一款能夠高效率支持射頻和微波設計的PCB設計工具。手動建立復雜的銅箔形狀、倒角和via模式是一個既耗時又容易出錯的過程。透過使用有效的設計工具提高操作射頻和微波元素的能力,設計人員可以集中精力實施更多功能和縮小設備尺寸,同時保持較高的產品質量。


來源:網絡

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