【轉(zhuǎn)】兩層板（雙面板）如何控制50歐特性阻抗的設(shè)計技巧

2016-11-06 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

我們都知道,在射頻電路的設(shè)計過程中,走線保持50歐姆的特性阻抗是一件很重要的事情,尤其是在Wi-Fi產(chǎn)品的射頻電路設(shè)計過程中,由于工作頻率很高(2.4GHz或者5.8GHz),特性阻抗的控制就顯得更加重要了。如果特性阻抗沒有很好的控制在50歐姆,那么將會給射頻工程師的工作帶來很大的麻煩。

什么是特性阻抗?

是指當(dāng)導(dǎo)體中有電子”訊號”波形之傳播時,其電壓對電流的比值稱為”阻抗Impedance”。由于交流電路中或在高頻情況下,原已混雜有其它因素(如容抗、感抗等)的”Resistance”,已不再只是簡單直流電的”歐姆電阻”(OhmicResistance),故在電路中不宜再稱為”電阻”,而應(yīng)改稱為”阻抗”。不過到了真正用到”Impedance阻抗”的交流電情況時,免不了會造成混淆,為了有所區(qū)別起見,只好將電子訊號者稱為”特性阻抗”。電路板線路中的訊號傳播時,影響其”特性阻抗”的因素有線路的截面積,線路與接地層之間絕綠材質(zhì)的厚度,以及其介質(zhì)常數(shù)等三項。目前已有許多高頻高傳輸速度的板子,已要求”特性阻抗”須控制在某一范圍之內(nèi),則板子在制造過程中,必須認真考慮上述三項重要的參數(shù)以及其它配合的條件。

兩層板如何有效的控制特性阻抗?

在四層板或者六層板的時候,我們一般會在頂層(top)走射頻的線,然后再第二層會是完整的地平面,這樣頂層和第二層的之間的電介質(zhì)是很薄的,頂層的線不用很寬就可以滿足50歐姆的特性阻抗(在其他情況相同的情況下,走線越寬,特性阻抗越小)。

但是,在兩層板的情況下,就不一樣了。兩層板時,為了保證電路板的強度,我們不可能用很薄的電路板去做,這時,頂層和底層(參考面)之間的間距就會很大,如果還是用原來的辦法控制50歐姆的特性阻抗,那么頂層的走線必須很寬。例如我們假設(shè)板子的厚度是39.6mil(1mm),按照常規(guī)的做法,在Polar中設(shè)計,如下圖

線寬70mil,這是一個近乎荒謬的結(jié)論,簡直令人抓狂。在2.4GHz或者5GHz頻段,各種元件的引腳都是很小的,70mil的走線是無法實現(xiàn)的,于是,我們必須尋找另外一種解決方案。

運行Polar軟件,選擇Surface Coplanar Line這個模型,如下圖

令Height(H)=39.6mil, Track(W)=30mil, Track(W1)=30mil, Ground Plane處打勾,Thickness=1OZ=1.4mil, Separation(S)=7mil, Dielectric(Er)=4.2, 如下圖

然后點擊“Press To Caculate”,在彈出的對話框中點擊“Continue”,如下圖

最終,我們計算出這種情況下的傳輸線特性阻抗為52.14歐姆,符合要求,如下圖:

這樣,我們采用Surface Coplanar Line這種模型,就可以很好的控制兩層板(雙面板)的特性阻抗,在上面的例子中,我們使用30mil的線寬就可以獲得50歐姆的特性阻抗

___________________________________________________________________________________

手機布線寬度?匹配50歐!
如果是6層板!走線寬度L1=mil?L2=mil?L4=mil?各為多少?
如果是8層板!走線寬度L1=mil?L2=mil?L5=mil?各為多少?
用阻抗線軟件算一下就行,或和板廠的計算至有差異,主要是介質(zhì),及層間厚度,可以問板廠索取這些資料。
最好和PCB廠家聯(lián)系一下,根據(jù)材料的介電常數(shù)、層疊厚度計算。
最好要PCB廠給出板子的參數(shù),什么類型的板子?每層間距?銅皮厚度…………………………這樣輸入到阻抗計算軟件里就出來了,不過好多東西還是要經(jīng)驗的,例如:FR4-PCB的Er取多少呢?等等

我來回答:FR4的Er一般為3.8~4.3,我取4.2,6層板的板厚一般為0.8mm,8層板一般為1mm,首先你要保證板厚,然后根據(jù)軟件的W,H,T,Er來計算阻抗。你是先知道50ohm阻抗的,然后推算其中的H和W,T一般取1mil,整個板子應(yīng)該是對稱結(jié)構(gòu)。一般經(jīng)驗值microtrip為4~5mil,PA以后到天線部分為8milYISH\\

8mil以上。stripline要根據(jù)是否挖銅來計算。不挖銅就是軟件的對稱帶狀線計算方法。一般內(nèi)層信號的會衰減。

8mil不對!要考慮到是否挖銅!還有每層寬都不同!

介質(zhì)厚度、銅箔厚度沒有定論,看你設(shè)計時怎么安排了。8層為例,一般銅箔1/3OZ或1/2OZ,兩側(cè)RCC介質(zhì)0.07mm,FR4和core厚度也可選,具體看廠家參數(shù)了。

俺不懂原理

RF信號阻抗要控制在50ohm+/-10%:

個人經(jīng)驗線寬:

微帶線:8層板 18MIL 6層板 12MIL

帶狀線:8層板 6MIL 6層板 5MIL

請批評指正!

請問上面的微帶線和帶狀線在layout中你怎樣去設(shè)計和區(qū)分?

其實在設(shè)計pcb走線的時候我們首先就可以控制它的阻抗一般阻抗控制再50ohm以內(nèi)的話線寬設(shè)置是20mil,pcb材料一般是用FR4.介電常數(shù)是3.8-4.3,板厚是1mm。銅箔厚度是35um~70um

————————————————————————————————————————————

CC2430用陶瓷天線性能還不如PCB天線

CC2430用陶瓷天線是-26dBm,傳輸距離只有10米左右。而用PCB天線則有-17dBm,傳輸距離有37米左右。聽說CC2430不加PA能做到100米,不知是否確實如此,用的是什么天線?

應(yīng)該是陶瓷天線的諧振點不對,通常PCB天線的諧振頻率比工作頻率高一些,可以在天線另一端加一小段走線,微調(diào)諧振頻率

要自己調(diào)諧振與阻抗匹配。

陶瓷天線的增益比較低,而PCB天線卻可以將增益做得較高,實際使用中要注意匹配以及選擇帶寬、中心頻率適當(dāng)?shù)奶炀€,有些山寨天線是很差的。

PCB天線用的是TI的倒F型,陶瓷天線用的是an9520,應(yīng)該是沒有匹配好。

經(jīng)過調(diào)整陶瓷天線的方向,現(xiàn)在和PCB天線基本相同,匹配還有調(diào)整的空間。希望能達到50米。

目前測試只有22米

陶瓷天線的效果對匹配非常敏感,而且在實際應(yīng)用時其方向性往往比較強。

CC2530 PCB天線也就 37米的樣子

————————————————————

天線中的鋪地,很講究

我的平行線傳輸知識懂的不多,不過發(fā)現(xiàn)一個很有趣的現(xiàn)象:PCB天線下方從來不鋪地,而饋線下方都是鋪上地的,因此饋線再長再細阻抗也比天線小很多?？梢赃@么理解嗎?

PCB天線的走線一般要有進空區(qū)(所以有時天線下不鋪地),是為了防止地將信號散彈,影響接收效果,使全向天線有方向性了。饋線下方鋪地是為了將傳輸線阻抗匹配到50歐姆,不至于將信號在線上損失掉,從而影響接收。理論上講饋線應(yīng)該越短越好。但是現(xiàn)實中做不到,只能根據(jù)實際情況和經(jīng)驗了。

天線和饋電的參數(shù)不是一會兒是,前者是為了將能量輻射出去,而后者是為了保證能量的傳輸同時盡量減小損耗。饋線下方有地這是微帶線自身的結(jié)構(gòu)特性,在介質(zhì)基板選定時,線寬與其特性阻抗成反比,其輻射的能量很小,起的是能量傳輸?shù)淖饔谩Ｌ炀€的下方有沒有地、天線的輸入阻抗的大小是與具體的天線形式有直接關(guān)系的,對于手機上常用的PIFA而言,如果下方有了地,它就不再是PIFA了,其輻射特性也完全變了。而對于常規(guī)的矩形微帶貼片天線而言,如果輻射貼片下方?jīng)]有地它也就完全不是那么回事兒了。

多謝樓上兩位。我用的天線不是標準50歐姆的,而是直接匹配到一對差分端口上的雙極性天線。阻抗大概要200多歐姆。我已經(jīng)用ADS將天線調(diào)匹配,現(xiàn)在還需要引兩根饋線連接端口和天線。估計采用寬0.3毫米,長度最長不超過3毫米,敷銅厚度0.06毫米的PCB走線,反面的BOTTOM層鋪地,阻抗可以忽略不計嗎? 我用ADS的那個LINECAL工具貌似只能算不鋪地情況下的。

把你的模型放到HFSS里計算一下不就知道了?

我也想做這個實驗,就是不知道在ADS里面要怎樣做?

因為那個所謂的PCB天線根本就是一張銅皮.
基板的作用只是支撐銅皮
理論上和普通的陣子沒啥區(qū)別

直觀理解,pcb天線是用來輻射的,距離地面很近的話能量就輻射不出去了

而饋電線用來傳輸能量,沒有地面構(gòu)不成回路,當(dāng)然傳輸部了能量

不知道理解正確與否,歡迎高人共同探討!

轉(zhuǎn)至:http://blog.sina.com.cn/s/blog_533074eb0101539i.html

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才