Conception de PCB RF avec une calculatrice de guide d'ondes coplanaire

Zachariah Peterson
|  Créé: February 1, 2021
Design RF PCBs With a Coplanar Waveguide Calculator

PCB RF peuvent être des cartes complexes qui nécessitent une conception et une mise en page d'interconnexion soignées. Si vous concevez un PCB RF pour des micro-ondes ou des fréquences plus élevées, le routage à impédance contrôlée doit être une priorité pour garantir l'intégrité du signal. Vous pouvez choisir parmi de nombreux styles de routage, mais quel que soit le style de routage que vous choisissez, il doit fournir une isolation contre le bruit et la diaphonie.

Un style de routage de guide d'ondes coplanaire est un excellent choix pour les PCB RF car ils peuvent être conçus pour avoir une faible dispersion, une isolation élevée et moins de pertes que les striplines. Pour concevoir correctement des guides d'ondes coplanaires, vous aurez besoin d'un calculateur de guides d'ondes coplanaires spécialisé. Au lieu d'utiliser des manuels ou des solveurs de terrain complexes, essayez d'utiliser l'ensemble complet des fonctionnalités de conception d'interconnexion dans Altium Designer. Vous aurez accès à un solveur de terrain simple intégré à vos outils de conception de pile de couches PCB et à un ensemble complet d'outils de routage pour votre mise en page.

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La mise en page et le routage RF sont une forme d'art qui commence à devenir plus critique pour les concepteurs numériques. La disposition d'une carte avec des sections numériques et RF nécessite d'assurer l'isolation entre les différents blocs de circuits avec une planification intelligente au sol. De plus, les traces doivent être soigneusement acheminées tout en garantissant que les chemins de retour ne se croisent pas pour créer des interférences. Les contraintes des cartes RF peuvent être difficiles, même pour le concepteur numérique expérimenté. Le routage de guide d'ondes coplanaire est une option qui satisfait ces contraintes et offre d'autres avantages dans les PCB RF.

En ce qui concerne la conception et le routage de guides d'ondes coplanaires, les concepteurs doivent assurer un contrôle strict de l'impédance, en particulier aux fréquences micro-ondes ou mmWave. Lorsque votre logiciel de conception de circuits imprimés comprend un calculateur de guide d'ondes coplanaire, vous pouvez déterminer la largeur et l'espacement appropriés dans une configuration coplanaire dans le cadre d'un routage contrôlé par impédance. C'est exactement ce que vous trouverez lorsque vous utilisez les outils de conception et de routage d'interconnexions RF dans Altium Designer.

Qu'est-ce qu'une calculatrice de guide d'ondes coplanaire?

Un guide d'ondes coplanaire est un style de routage simple où une trace est acheminée sur la couche de surface et entourée de coulée de sol de chaque côté. De plus, le routage est effectué au-dessus d'un plan de masse, ce qui assure une isolation élevée dans la disposition du PCB. De plus, une clôture traversante peut être utilisée pour relier le sol au plan de masse pour une isolation encore plus élevée, connue sous le nom de routage de guide d'ondes coplanaire mis à la terre. Les deux variétés sont présentées ci-dessous.

alternatifconception d'un guide d'ondes coplanaire

Conception de guide d'ondes coplanaire

Lorsque vous devez implémenter un contrôle d'impédance dans votre PCB, vous devez déterminer la largeur de trace de PCB qui convient le mieux à votre conception et vous assurer que l'impédance de votre trace prend la valeur correcte. C'est là qu'un calculateur de guide d'ondes coplanaire devient important. Le concepteur peut normalement entrer l'impédance désirée, et le calculateur déterminera la largeur de trace PCB nécessaire pour atteindre cet objectif d'impédance.

Facteurs affectant l'impédance du guide d'ondes coplanaire

Lors du calcul de l'impédance du guide d'ondes coplanaire, de nombreux facteurs affectent l'impédance, les pertes et l'isolation du guide d'ondes:

  • Géométrie: La largeur de la trace centrale et l'espacement entre la trace et le sol détermineront la distribution du champ autour du trace, qui détermine ensuite la quantité de signaux de perte subis et le niveau d'isolation fourni par la coulée du sol en surface.
  • Constante diélectrique du substrat: La constante diélectrique du substrat a une dispersion, qui déterminera la quantité de perte observée à différentes fréquences. La dispersion détermine également la façon dont les différentes fréquences se déplacent à différentes vitesses.
  • Rugosité du cuivre: Aux hautes fréquences (micro-ondes et mmWave), la rugosité du cuivre augmentera l'impédance d'une interconnexion. La plupart des calculatrices en ligne ne tiennent pas compte de la rugosité du cuivre.
  • Effet de peau: L'effet de peau dans une trace de PCB, y compris les guides d'ondes coplanaires, ajoute une résistance AC et DC supplémentaire à l'impédance totale.

Le meilleur calculateur de guide d'ondes coplanaire peut rendre compte de tous ces effets simultanément, et sans un solveur de champ 3D complexe. Les meilleurs outils de conception et de routage d'empilage de PCB incluront ces calculs pour aider les concepteurs à assurer le contrôle de l'impédance sur toute la bande passante requise pour leurs signaux.

alternatifRoutage de guide d'ondes coplanaire dans Altium Designer

La conception de géométries de guides d'ondes coplanaires est facile avec les puissants outils de routage d'Altium Designer.

Utilisation d'une calculatrice decalculatrice de

guide d'ondes coplanaire Uneguide d'ondes coplanaire fonctionnera de deux manières. Soit l'impédance souhaitée à une fréquence spécifique est utilisée pour déterminer la largeur du guide d'ondes, soit la largeur est entrée et l'impédance est calculée. Dans les deux cas, vous devrez entrer vos informations d'empilement dans la calculatrice pour obtenir des résultats précis. Ces calculateurs retourneront également la constante diélectrique effective vue par les signaux se propageant sur le guide d'ondes.

Le problème avec les calculateurs de guides d'ondes coplanaires en ligne est qu'ils n'incluent pas la dispersion, la rugosité du cuivre, l'effet de peau ou la tangente de perte dans le substrat PCB. Le problème majeur de la négligence de la dispersion est que l'impédance calculée à une fréquence peut ne plus être correcte à une autre fréquence. Par conséquent, ces calculateurs ne sont utiles que pour une seule fréquence et ne peuvent pas traiter les signaux large bande dans de vrais PCB. C'est pourquoi les concepteurs ont besoin d'un calculateur de guide d'ondes coplanaire avancé pour les circuits imprimés haute fréquence.

Fonctions

avancées du calculateur de guide d'ondes coplanaire Des utilitaires de calcul de guide d'ondes coplanaires plus avancés incluront tous les effets mentionnés ci-dessus lors du calcul de l'impédance et de la constante diélectrique effective du guide d'ondes. De plus, ils peuvent prendre en compte la constante diélectrique du substrat PCB sur toute la bande passante de votre signal. Cela vous donne un calcul d'impédance et de largeur ultra-précis, qui peut ensuite être utilisé dans vos outils de disposition et de routage de PCB.

conception d'empilement de circuits imprimés et calculatrice de guide d'ondes coplanaire dans Altium Designer

Dimensionnement des traces pour une impédance contrôlée avec le calculateur de guide d'ondes coplanaire d'Altium Designer.

Altium Designer a la meilleure calculatrice d'impédancecalculatrices

Oubliez lesen ligne pour dimensionner votre guide d'ondes et déterminer l'impédance. Le calculateur d'impédance d'Altium Designer s'intègre à votre outil de conception d'empilement de couches PCB et peut calculer l'impédance pour de nombreuses géométries de lignes de transmission, y compris les guides d'ondes coplanaires. Une fois que vous avez calculé l'impédance de votre guide d'ondes, les fonctions de routage interactif d'Altium Designer peuvent appliquer automatiquement les règles de dimensionnement de votre guide d'ondes lors du routage de votre PCB.

Conception et mise en page complètes de PCB RF dans Altium Designer

En plus d'un puissant calculateur de guide d'ondes coplanaire, les utilisateurs d'Altium Designer auront accès à un ensemble complet d'outils de mise en page et de routage de PCB pour l'électronique avancée. Ces fonctions de routage prennent des informations directement à partir de votre calcul d'impédance et de l'empilement des couches, vous aidant à rester productif lorsque vous créez votre PCB. Une fois votre nouvelle disposition de PCB RF terminée, vous pouvez préparer les livrables de fabrication de PCB pour votre fabricant. Seul Altium Designer contient un ensemble complet d'outils pour la conception, la mise en page et la fabrication de PCB.

  • Altium Designer repose sur de puissants outils de CAO, vous offrant tout ce dont vous avez besoin pour concevoir, mettre en page, acheminer et fabriquer des PCB RF et d'autres composants électroniques avancés.

    En savoir plus sur la conception basée sur des règles dans Altium Designer.

  • Les fonctionnalités de conception de ligne de transmission d'Altium Designer utilisent un solveur de champ 3D intégré pour dimensionner correctement les largeurs de trace. Ce solveur utilise des modèles bien connus tenant compte de la rugosité et de la dispersion du cuivre dans un substrat PCB.

    En savoir plus sur le solveur de champ intégré de Simberian dans Altium Designer.

  • Lorsque vous êtes prêt à partager vos concepteurs avec vos collaborateurs, vous pouvez utiliser les fonctionnalités de contenu géré de la plateforme Altium 365. Cela donne aux équipes distantes toutes les fonctionnalités dont elles ont besoin pour contrôler, accéder et partager les données de conception.

    En savoir plus sur la plateforme Altium 365.

alternatifviolation des règles de conception de circuits imprimés dans Altium Designer

Repérez rapidement les erreurs de conception dans la disposition de votre PCB lorsque vous utilisez l'ensemble complet d'outils de conception basés sur des règles dans Altium Designer.

Oubliez d'exécuter des calculs d'interconnexion à la main ou d'utiliser des calculatrices en ligne faibles. Utilisez les meilleurs outils de conception et d'analyse des interconnexions dans Altium Designer, la seule plate-forme qui unifie la conception, la mise en page, la fabrication et l'analyse.

Altium Designer sur Altium 365 offre une intégration sans précédent à l'industrie électronique jusqu'à présent reléguée dans le monde du développement logiciel, permettant aux concepteurs de travailler à domicile et d'atteindre des niveaux d'efficacité sans précédent.

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A propos de l'auteur

A propos de l'auteur

Zachariah Peterson possède une vaste expérience technique dans le milieu universitaire et industriel. Avant de travailler dans l'industrie des PCB, il a enseigné à la Portland State University. Il a dirigé son M.S. recherche sur les capteurs de gaz chimisorptifs et son doctorat en physique appliquée, recherche sur la théorie et la stabilité du laser aléatoire. Son expérience en recherche scientifique couvre des sujets tels que les lasers à nanoparticules, les dispositifs électroniques et optoélectroniques à semi-conducteurs, les systèmes environnementaux et l'analyse financière. Ses travaux ont été publiés dans diverses revues spécialisées et actes de conférences et il a écrit des centaines de blogs techniques sur la conception de PCB pour de nombreuses entreprises. Zachariah travaille avec d'autres sociétés de PCB fournissant des services de conception et de recherche. Il est membre de l'IEEE Photonics Society et de l'American Physical Society

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