制作用于RF部件的快周轉(zhuǎn)PCB

　　這種精度對(duì)低頻電路沒(méi)有一點(diǎn)問(wèn)題，但RF電路一般需要50Ω的走線才能正常運(yùn)行。部件體積越來(lái)越小，但物理定律不會(huì)改變。因此， 今天0.062英寸厚原型板上的一根微帶走線尺寸為0.11英寸寬，而30年前也是0.11英寸。但很多SMT（表面組裝技術(shù)）元件都要比其前代元件小得多，因此，用于RF原型的低成本雙面板似乎不適合于今天的小型SMT元件。

　　采用一種CPWG（接地共面波導(dǎo)）結(jié)構(gòu)，可以在PCB上制作出50Ω的RF走線。CPWG結(jié)構(gòu)可以制作出所需要的走線，其寬度小于微帶結(jié)構(gòu)的走線。

　　將頂層板上的一塊接地銅箔靠近一個(gè)微帶線，就增加了微帶結(jié)構(gòu)的電容。為做到補(bǔ)償并將整個(gè)結(jié)構(gòu)保持在50Ω，必須降低中心走線寬度到某點(diǎn)，使之有更高電感。

　　如何設(shè)計(jì)出低成本和快速PCB工藝的CPWG結(jié)構(gòu)？網(wǎng)上可以找到很多CPWG計(jì)算器，但當(dāng)?shù)貙娱g距小于約走線寬度的30%?50%時(shí)，這些計(jì)算器就會(huì)失效，因?yàn)殡娐钒迳香~箔走線的高度成為了一個(gè)顯著因素。它增加的電容超過(guò)了計(jì)算器的假設(shè)值。因此，這些計(jì)算器設(shè)計(jì)的走線有過(guò)高的電容，使之阻抗降低到50Ω以下。這些公式可回溯到很多年前的IC設(shè)計(jì)。

　　很多計(jì)算器中的公式已不能使用，因?yàn)榻裉斓腜CB板與IC有本質(zhì)區(qū)別。在PCB板上用窄的間距-中心線比率，正確地設(shè)計(jì)一個(gè)CPWG的最佳方式是使用一種全3維的電磁仿真器。本例提供了一些常見(jiàn)結(jié)構(gòu)的值。

　　將走線最小間距保持在6 mil，我仿真、制作和測(cè)試了一個(gè)CPWG結(jié)構(gòu)。對(duì)于常見(jiàn)的0.062英寸厚的FR-4 PCB材料，一根寬度為0.032英寸、間距為0.006英寸的走線最接近于50Ω。在6 GHz時(shí)，走線上的回波損耗優(yōu)于40 dB。

　　這種方案好于采用0.11英寸寬走線的方法，并兼容SMT元件。0603尺寸的SMT元件和常見(jiàn)的SMA（表面組裝組件）板邊連接器都能完美地配合這種線。圖1用做好的PCB比較了多種常見(jiàn)RF部件。對(duì)于焊盤尺寸大于0.032英寸走線寬度的部件，只要增加距頂層板接地面的間隙就能補(bǔ)償。例如，將距一只0805SMT焊盤的頂層間隙增加到大約0.008英寸，并將一個(gè)1206SMT元件焊盤的頂層間隙增加到0.012英寸，就可以防止焊盤電容過(guò)高。

　　為符合一般的設(shè)計(jì)規(guī)則，我在測(cè)試PCB上將銅箔從布好的電路板邊緣拉回0.01英寸。不過(guò)，這種拉回以及板邊安裝的連接器都為轉(zhuǎn)換增加了少量電感。在走線盡端的板邊連接器中間的粗管腳增加了額外電容，提供內(nèi)置的電容補(bǔ)償。將管腳截短到原長(zhǎng)的約一半，可以獲得大致相當(dāng)?shù)碾娙荩云胶廪D(zhuǎn)換電感。

　　CPWG結(jié)構(gòu)需要走線下有一個(gè)實(shí)心接地層；在頂層走線下方的底層接地面上留下開(kāi)口，就為結(jié)構(gòu)增加了一個(gè)不小的電感，降低了高頻性能。另外還需要用一些過(guò)孔，將頂層接地面與底層接地面“縫合”起來(lái)。這種縫合過(guò)孔的布放不要超過(guò)電路所用最高頻率波長(zhǎng)的八分之一。注意在頻率高于10 GHz時(shí)，0.1英寸間距就能很好地工作。

　　縫合過(guò)孔到中心走線的間距遵守相同的間距規(guī)則。走線上可以很容易布放足夠正常工作的過(guò)孔。

　　如果沒(méi)有足夠的過(guò)孔，則在S21的傳輸特性中會(huì)看到一個(gè)微小但是快速的0.5dB到1dB下降，而不是隨頻率的一個(gè)線性損失斜坡。用一臺(tái)VNA（矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀）就可以立即看到這個(gè)效應(yīng)。對(duì)測(cè)試板的測(cè)量表明，在3 GHz時(shí)損失約為0.25 dB/in，而在10 GHz時(shí)損失為1 dB/in，包括了兩個(gè)板邊連接器。

　　如要用窄于0.032英寸的焊盤與SMT器件或IC連接，可根據(jù)需要收窄中心導(dǎo)體，并盡可能靠近器件。如果實(shí)際的不連續(xù)性很小，那么當(dāng)頻率不是非常高時(shí)，它的作用可以忽略不計(jì)。