Entwurf von HF-Leiterplatten mit einem koplanaren Wellenleiterrechner

Zachariah Peterson
|  Erstellt: February 1, 2021

HF-Leiterplatten können komplexe Leiterplatten sein, die ein sorgfältiges Verbindungsdesign und -layout erfordern. Wenn Sie eine HF-Leiterplatte für Mikrowellen- oder höhere Frequenzen entwerfen, sollte das Routing mit kontrollierter Impedanz im Vordergrund stehen, um die Signalintegrität sicherzustellen. Sie können aus vielen Routing-Stilen auswählen. Unabhängig davon, welchen Routing-Stil Sie wählen, sollte er eine Isolierung gegen Rauschen und Übersprechen bieten.

Ein koplanarer Wellenleiter-Routing-Stil ist eine ausgezeichnete Wahl für HF-Leiterplatten, da sie so ausgelegt werden können, dass sie eine geringe Dispersion, eine hohe Isolation und einen geringeren Verlust als Streifenleitungen aufweisen. Um koplanare Wellenleiter richtig zu entwerfen, benötigen Sie einen speziellen koplanaren Wellenleiterrechner. Versuchen Sie, anstelle von Lehrbüchern oder komplexen Feldlösern den vollständigen Satz von Verbindungsdesignfunktionen in Altium Designer zu verwenden. Sie haben Zugriff auf einen einfachen Feldlöser, der in Ihre PCB-Layer-Stack-Design-Tools integriert ist, sowie auf einen vollständigen Satz von Routing-Tools für Ihr Layout.

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RF-Layout und -Routing sind eine Kunstform, die für digitale Designer zunehmend an Bedeutung gewinnt. Das Auslegen einer Platine mit digitalen und HF-Abschnitten erfordert die Sicherstellung der Isolation zwischen verschiedenen Schaltungsblöcken mit intelligenter Grundrissplanung. Darüber hinaus müssen die Traces sorgfältig geroutet werden, um sicherzustellen, dass sich die Rückwege nicht kreuzen, um Interferenzen zu verursachen. Die Einschränkungen bei HF-Karten können selbst für den erfahrenen Digitaldesigner eine Herausforderung sein. Coplanares Wellenleiter-Routing ist eine Option, die diese Einschränkungen erfüllt und andere Vorteile bei HF-Leiterplatten bietet.

Wenn es um das Design und Routing von koplanaren Wellenleitern geht, müssen Entwickler eine strenge Impedanzkontrolle sicherstellen, insbesondere bei Mikrowellen- oder mmWave-Frequenzen. Wenn Ihre PCB-Design-Software einen koplanaren Wellenleiterrechner enthält, können Sie die richtige Breite und den richtigen Abstand in einer koplanaren Konfiguration als Teil eines impedanzgesteuerten Routings bestimmen. Dies ist genau das, was Sie finden, wenn Sie die Tools für das Design und Routing von HF-Verbindungen in Altium Designer verwenden.

Was ist ein koplanarer Wellenleiterrechner?

Ein koplanarer Wellenleiter ist ein einfacher Routing-Stil, bei dem eine Spur auf der Oberflächenschicht geroutet und auf jeder Seite von Erdguss umgeben wird. Darüber hinaus erfolgt das Routing über einer Grundebene, wodurch eine hohe Isolation im PCB-Layout gewährleistet wird. Darüber hinaus kann ein Durchkontaktierungszaun verwendet werden, um den Erdungsstrom für eine noch höhere Isolation, die als geerdete koplanare Wellenleiterführung bekannt ist, an die Erdungsebene zurückzubinden. Beide Sorten sind unten gezeigt.

Entwerfen eines koplanaren Wellenleiters

Coplanarer Wellenleiterentwurf

Wenn Sie eine Impedanzsteuerung in Ihrer Leiterplatte implementieren müssen, müssen Sie die Leiterplatten-Leiterbahnbreite bestimmen, die am besten zu Ihrem Entwurf passt, und sicherstellen, dass Ihre Leiterbahnimpedanz den richtigen Wert annimmt. Hier wird ein koplanarer Wellenleiterrechner wichtig. Der Konstrukteur kann normalerweise die gewünschte Impedanz eingeben, und der Rechner ermittelt die Leiterplattenspurbreite, die zur Erreichung dieses Impedanzziels erforderlich ist.

Faktoren, die die Impedanz des

koplanaren Wellenleiters beeinflussen Bei der Berechnung der Impedanz des koplanaren Wellenleiters gibt es viele Faktoren, die die Impedanz, Verluste und Isolation des Wellenleiters beeinflussen:

  • Geometrie: Die Breite der zentralen Spur und der Abstand zwischen der Spur und dem Grundguss bestimmen die Feldverteilung um die Spur, die dann bestimmt, wie viel Verlustsignale erfahren und wie stark die Isolation durch den Oberflächenboden fließt.
  • Substratdielektrizitätskonstante: Die Dielektrizitätskonstante des Substrats weist eine Dispersion auf, die den Verlustbetrag bestimmt, der bei verschiedenen Frequenzen beobachtet wird. Die Dispersion bestimmt auch, wie sich unterschiedliche Frequenzen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen.
  • : KupferrauheitBei hohen Frequenzen (Mikrowelle und mmWave) erhöht die Kupferrauheit die Impedanz einer Verbindung. Die meisten Online-Rechner berücksichtigen die Kupferrauheit nicht.
  • Hauteffekt: Der Hauteffekt in einer Leiterplattenspur, einschließlich koplanarer Wellenleiter, erhöht die Gesamtimpedanz um zusätzlichen AC- und DC-Widerstand.

Der beste koplanare Wellenleiterrechner kann all diese Effekte gleichzeitig und ohne einen komplexen 3D-Feldlöser berücksichtigen. Zu den besten Tools für das Design und Routing von PCB-Stapeln gehören diese Berechnungen, damit Entwickler die Impedanzsteuerung über die erforderliche Bandbreite für ihre Signale sicherstellen können.

: Koplanares Wellenleiter-Routing in Altium Designer

Das Entwerfen koplanarer Wellenleitergeometrien ist mit den leistungsstarken Routing-Tools in Altium Designer einfach.

Verwenden einesRechners

koplanaren Wellenleiter-Ein koplanarer Wellenleiter-Rechner kann auf zwei Arten betrieben werden. Entweder wird die gewünschte Impedanz bei einer bestimmten Frequenz verwendet, um die Wellenleiterbreite zu bestimmen, oder die Breite wird eingegeben und die Impedanz berechnet. In beiden Fällen müssen Sie Ihre Stapelinformationen in den Taschenrechner eingeben, um genaue Ergebnisse zu erhalten. Diese Rechner geben auch die effektive Dielektrizitätskonstante zurück, die von Signalen gesehen wird, die sich auf dem Wellenleiter ausbreiten.

Das Problem bei koplanaren Online-Wellenleiterrechnern besteht darin, dass sie keine Dispersion, Kupferrauheit, Hauteffekt oder Verlustfaktor im PCB-Substrat enthalten. Das Hauptproblem bei der Vernachlässigung der Dispersion besteht darin, dass die bei einer Frequenz berechnete Impedanz bei keiner anderen Frequenz mehr korrekt ist. Daher sind diese Rechner nur für eine einzelne Frequenz nützlich und können Breitbandsignale in realen Leiterplatten nicht behandeln. Aus diesem Grund benötigen Entwickler einen fortschrittlichen koplanaren Wellenleiterrechner für Hochfrequenz-Leiterplatten.

Erweiterte Funktionen des

koplanaren Wellenleiterrechners Fortgeschrittenere Dienstprogramme für den koplanaren Wellenleiterrechner umfassen alle oben genannten Effekte bei der Berechnung der Impedanz und der effektiven Dielektrizitätskonstante des Wellenleiters. Darüber hinaus können sie die Dielektrizitätskonstante des PCB-Substrats über die gesamte Bandbreite Ihres Signals berücksichtigen. Auf diese Weise erhalten Sie eine äußerst genaue Impedanz- und Breitenberechnung, die dann in Ihrem PCB-Layout und Ihren Routing-Tools verwendet werden kann.

tPCB-Stackup-Design und koplanarer Wellenleiterrechner in Altium Designer

Dimensionierungsspuren für kontrollierte Impedanz mit dem koplanaren Wellenleiterrechner von Altium Designer.

Altium Designer verfügt über den besten Impedanzrechner

Vergessen Sie die Verwendung von Online-Taschenrechnern, um Ihren Wellenleiter zu dimensionieren und die Impedanz zu bestimmen. Der Impedanzrechner in Altium Designer ist in Ihr PCB Layer Stack Design Tool integriert und kann die Impedanz für viele Übertragungsleitungsgeometrien, einschließlich koplanarer Wellenleiter, berechnen. Sobald Sie Ihre Wellenleiterimpedanz berechnet haben, können die interaktiven Routing-Funktionen in Altium Designer automatisch Ihre Wellenleiter-Größenregeln anwenden, während Sie Ihre Leiterplatte routen.

Vollständiges Design und Layout von HF-Leiterplatten in Altium Designer

Zusätzlich zu einem leistungsstarken koplanaren Wellenleiterrechner haben Altium Designer-Benutzer Zugriff auf einen vollständigen Satz von PCB-Layout- und Routing-Tools für fortschrittliche Elektronik. Diese Routing-Funktionen beziehen Informationen direkt aus Ihrer Impedanzberechnung und dem Schichtaufbau und helfen Ihnen, beim Erstellen Ihrer Leiterplatte produktiv zu bleiben. Sobald Ihr neues RF-Leiterplattenlayout fertig ist, können Sie die Ergebnisse der Leiterplattenherstellung für Ihren Hersteller vorbereiten. Nur Altium Designer enthält einen vollständigen Satz von Werkzeugen für das Design, Layout und die Herstellung von Leiterplatten.

: Verstoß gegen PCB-Konstruktionsregeln in Altium Designer

Erkennen Sie schnell Entwurfsfehler in Ihrem Leiterplattenlayout, wenn Sie den vollständigen Satz regelgesteuerter Entwurfswerkzeuge in Altium Designer verwenden.

Vergessen Sie, Verbindungsberechnungen manuell oder mit schwachen Online-Taschenrechnern auszuführen. Verwenden Sie die besten Tools für Verbindungsdesign und -analyse in Altium Designer, der einzigen Plattform, die Design, Layout, Herstellung und Analyse vereinheitlicht.

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Über den Autor / über die Autorin

Über den Autor / über die Autorin

Zachariah Peterson verfügt über einen umfassenden technischen Hintergrund in Wissenschaft und Industrie. Vor seiner Tätigkeit in der Leiterplattenindustrie unterrichtete er an der Portland State University. Er leitete seinen Physik M.S. Forschung zu chemisorptiven Gassensoren und sein Ph.D. Forschung zu Theorie und Stabilität von Zufallslasern. Sein Hintergrund in der wissenschaftlichen Forschung umfasst Themen wie Nanopartikellaser, elektronische und optoelektronische Halbleiterbauelemente, Umweltsysteme und Finanzanalysen. Seine Arbeiten wurden in mehreren Fachzeitschriften und Konferenzberichten veröffentlicht und er hat Hunderte von technischen Blogs zum Thema PCB-Design für eine Reihe von Unternehmen verfasst. Zachariah arbeitet mit anderen Unternehmen der Leiterplattenindustrie zusammen und bietet Design- und Forschungsdienstleistungen an. Er ist Mitglied der IEEE Photonics Society und der American Physical Society.

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