Progettare PCB RF con un calcolatore di guida d'onda complanare

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

PCB RF possono essere schede complesse che richiedono un'attenta progettazione e layout di interconnessione. Se stai progettando un PCB RF per microonde o frequenze più alte, il routing di impedenza controllata dovrebbe essere la priorità per garantire l'integrità del segnale. Puoi scegliere tra molti stili di routing, ma qualunque stile di routing tu scelga, dovrebbe fornire isolamento dal rumore e dal crosstalk.

Uno stile di instradamento a guida d'onda complanare è una scelta eccellente per i PCB RF in quanto possono essere progettati per avere una bassa dispersione, un elevato isolamento e una minore perdita rispetto alle stripline. Per progettare correttamente guide d'onda complanari, avrai bisogno di un calcolatore di guide d'onda complanari specializzato. Invece di utilizzare libri di testo o complessi risolutori di campo, prova a utilizzare il set completo di funzionalità di progettazione di interconnessione in Altium Designer. Avrai accesso a un semplice risolutore di campo integrato negli strumenti di progettazione dello stack dello strato PCB e a un set completo di strumenti di routing per il tuo layout.

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Il layout e il routing RF sono una forma d'arte che sta iniziando a diventare più critica per i progettisti digitali. Il layout di una scheda con sezioni digitali e RF richiede di garantire l'isolamento tra i diversi blocchi di circuiti con una pianificazione intelligente del pavimento. Inoltre, le tracce devono essere instradate con attenzione assicurandosi che i percorsi di ritorno non si incrociano per creare interferenze. I vincoli nelle schede RF possono essere impegnativi, anche per i progettisti digitali esperti. L'instradamento della guida d'onda complanare è un'opzione che soddisfa questi vincoli e fornisce altri vantaggi nei PCB RF.

Quando si tratta di progettazione e instradamento della guida d'onda complanare, i progettisti devono garantire un controllo rigoroso dell'impedenza, specialmente alle frequenze microonde o mmWave. Quando il software di progettazione PCB include un calcolatore di guida d'onda complanare, è possibile determinare la larghezza e la spaziatura corrette in una configurazione complanare come parte dell'instradamento controllato dall'impedenza. Questo è esattamente ciò che troverai quando utilizzi la progettazione dell'interconnessione RF e gli strumenti di instradamento in Altium Designer.

Che cos'è un calcolatore di guida d'onda complanare?

Una guida d'onda complanare è uno stile di instradamento semplice in cui una traccia viene instradata sullo strato superficiale e circondata da un getto di terra su ciascun lato. Inoltre, l'instradamento viene eseguito sopra un piano di massa, fornendo un elevato isolamento nel layout PCB. Inoltre, una recinzione via può essere utilizzata per legare il getto di terra al piano di massa per un isolamento ancora maggiore, noto come instradamento della guida d'onda complanare con messa a terra. Entrambe le varietà sono mostrate di seguito.

alternativoProgettazione di una guida d'onda complanare

Progettazione della guida d'onda complanare

Quando è necessario implementare il controllo dell'impedenza nel PCB, è necessario determinare la larghezza della traccia del PCB che meglio si adatta al proprio progetto e assicurarsi che l'impedenza della traccia abbia il valore corretto. È qui che diventa importante un calcolatore di guida d'onda complanare. Il progettista può normalmente inserire l'impedenza desiderata e il calcolatore determinerà la larghezza della traccia PCB necessaria per raggiungere l'obiettivo di impedenza.

Fattori che influenzano l'impedenza della guida d'onda complanare

Quando si calcola l'impedenza della guida d'onda complanare, ci sono molti fattori che influenzano l'impedenza, le perdite e l'isolamento della guida d'onda:

  • Geometria: la larghezza della traccia centrale e la spaziatura tra la traccia e il getto del terreno determineranno la distribuzione del campo intorno al traccia, che determina quindi la quantità di segnali di perdita subiti e il livello di isolamento fornito dal getto superficiale del terreno.
  • Costante dielettrica del substrato: la costante dielettrica del substrato ha una dispersione, che determinerà la quantità di perdita osservata a frequenze diverse. La dispersione determina anche il modo in cui frequenze diverse viaggiano a velocità diverse.
  • Rugosità del rame: alle alte frequenze (microonde e mmWave), la rugosità del rame aumenta l'impedenza di un'interconnessione. La maggior parte delle calcolatrici online non tiene conto della rugosità del rame.
  • Effetto pelle: l'effetto pelle in una traccia PCB, comprese le guide d'onda complanari, aggiunge ulteriore resistenza CA e CC all'impedenza totale.

Il miglior calcolatore di guida d'onda complanare può tenere conto di tutti questi effetti contemporaneamente e senza un complesso risolutore di campi 3D. I migliori strumenti di progettazione e instradamento dello stack di PCB includeranno questi calcoli per aiutare i progettisti a garantire il controllo dell'impedenza per tutta la larghezza di banda richiesta per i loro segnali.

alternativoInstradamento della guida d'onda complanare in Altium Designer

Progettare geometrie di guide d'onda complanari è facile con i potenti strumenti di routing di Altium Designer.

Utilizzo di un calcolatore della guida d'onda complanare

Un calcolatore della guida d'onda complanare funziona in due modi. O l'impedenza desiderata a una frequenza specifica viene utilizzata per determinare la larghezza della guida d'onda, oppure viene immessa la larghezza e viene calcolata l'impedenza. In entrambi i casi, dovrai inserire le informazioni sulla pila nella calcolatrice per ottenere risultati accurati. Questi calcolatori restituiranno anche la costante dielettrica effettiva vista dai segnali che si propagano sulla guida d'onda.

Il problema con i calcolatori in guida d'onda complanare online è che non includono dispersione, rugosità del rame, effetto pelle o tangente di perdita nel substrato PCB. Il problema principale con il trascurare la dispersione è che l'impedenza calcolata a una frequenza potrebbe non essere più corretta a qualsiasi altra frequenza. Pertanto, questi calcolatori sono utili solo per una singola frequenza e non possono trattare segnali a banda larga in PCB reali. Questo è il motivo per cui i progettisti necessitano di un calcolatore avanzato della guida d'onda complanare per PCB ad alta frequenza.

Funzioni

avanzate del calcolatore della guida d'onda complanare Le utilità più avanzate del calcolatore della guida d'onda complanare includeranno tutti gli effetti sopra menzionati durante il calcolo dell'impedenza e della costante dielettrica effettiva della guida d'onda. Inoltre, possono considerare la costante dielettrica del substrato PCB per tutta la larghezza di banda del segnale. Ciò fornisce un'impedenza e un calcolo della larghezza estremamente accurati, che possono quindi essere utilizzati nel layout del PCB e negli strumenti di instradamento.

progettazione di stackup PCB e calcolatore della guida d'onda complanare in Altium Designer

Dimensionamento delle tracce per un'impedenza controllata con il calcolatore della guida d'onda complanare di Altium Designer.

Altium Designer ha il miglior calcolatore di impedenza

Dimentica l'uso di calcolatori online per dimensionare la tua guida d'onda e determinare l'impedenza. Il calcolatore di impedenza in Altium Designer si integra con lo strumento di progettazione dello stack di strati PCB e può calcolare l'impedenza per molte geometrie di linee di trasmissione, comprese le guide d'onda complanari. Dopo aver calcolato l'impedenza della guida d'onda, le funzionalità di instradamento interattivo in Altium Designer possono applicare automaticamente le regole di dimensionamento della guida d'onda durante l'instradamento del PCB.

Progettazione e layout completi di PCB RF in Altium Designer

Oltre a un potente calcolatore di guida d'onda complanare, gli utenti di Altium Designer avranno accesso a un set completo di layout PCB e strumenti di instradamento per elettronica avanzata. Queste funzionalità di routing prendono le informazioni direttamente dal calcolo dell'impedenza e dall'accumulo di strati, aiutandoti a rimanere produttivo mentre crei il tuo PCB. Una volta completato il nuovo layout del PCB RF, è possibile preparare i risultati di fabbricazione del PCB per il produttore. Solo Altium Designer contiene un set completo di strumenti per la progettazione, il layout e la produzione di PCB.

alternativoviolazione delle regole di progettazione PCB in Altium Designer

Individua rapidamente gli errori di progettazione nel layout del PCB quando utilizzi il set completo di strumenti di progettazione basati su regole in Altium Designer.

Dimentica di eseguire calcoli di interconnessione a mano o di utilizzare deboli calcolatori online. Utilizza i migliori strumenti di analisi e progettazione di interconnessione in Altium Designer, l'unica piattaforma che unifica progettazione, layout, produzione e analisi.

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Sull'Autore

Sull'Autore

Zachariah Peterson ha una vasta esperienza tecnica nel mondo accademico e industriale. Prima di lavorare nel settore dei PCB, ha insegnato alla Portland State University. Ha condotto la sua Fisica M.S. ricerche sui sensori di gas chemisorptivi e il suo dottorato di ricerca in fisica applicata, ricerca sulla teoria e stabilità del laser casuale. Il suo background nella ricerca scientifica abbraccia temi quali laser a nanoparticelle, dispositivi semiconduttori elettronici e optoelettronici, sistemi ambientali e analisi finanziaria. Il suo lavoro è stato pubblicato in diverse riviste specializzate e atti di conferenze e ha scritto centinaia di blog tecnici sulla progettazione di PCB per numerose aziende. Zachariah lavora con altre società del settore PCB fornendo servizi di progettazione e ricerca. È membro della IEEE Photonics Society e dell'American Physical Society.

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