射频电路的 PCB 技术

电器工程 射频 pcb设计
2022-01-18 19:25:45

遵循此凌力尔特 ( Analog.com ) 应用笔记AN47FA (1991),我发现这类 RF PCB 非常相似(图 32 p.18 和 Fig.F10 p.107)。

在此处输入图像描述 在此处输入图像描述 (由于文档的某些美学原因,图像采用黑白格式。)

撇开这些实际上是单铜板,即严格来说不是PCB,从文件解释中推断出的一些标准是:

  • 缩短输出引线长度,
  • 使用全局地平面,
  • 使用连接器后面的板作为反射平面。

但这些技术是否真的在更现代的 RF PCB 中实现了标准化?

对于这些技术,哪一个应该是更正式的指南?

它们是否以某种方式被更好的 PCB 印刷技术组件所取代?

还是这些电路是这样构建的,因为当时 PCB 更贵?我真的很怀疑最后一点,当时制作PCB的实验室技术是众所周知的,同一份文件指出焊接不小心。

提前致谢,

3个回答

我不得不不同意传奇的吉姆威廉姆斯(和鲍勃皮斯,他也以这种技术而闻名)。在我看来,这些不是射频电路。这是一组技术,用于(尝试)将许多电路设计人员使用的集总元件模型推向越来越高的频率。

电路设计通常是使用我们的集总元件设计模型完成的——这是我们大多数人学习的方式,也是我们大多数人“思考”的方式——我们有集总元件,如电阻器、晶体管、电容器等......没有损耗、延迟或电感。

当然,在实践中,这些连接确实有损耗(电阻)、电感、电容等。这些非理想互连的影响在更高频率下变得越来越重要(在这种情况下主要是电感部分)。结果,对于“高频\$^1\$”连接,模型崩溃,这些非理想组件对性能有重大影响。为了尽可能减少这种影响,Williams 建议尽可能减少寄生电感。

关键是在“真正的”射频设计中,我们不再将这些互连视为理想化。相反,我们开始考虑阻抗匹配并将互连建模为传输线。一旦我们这样做了,并且我们使用了这些传输线,我们就不再需要尝试使互连尽可能短以尽量减少它们的影响,因为我们从一开始就包括了它们的影响。这就是为什么所有射频设计都(或至少应该)使用传输线和阻抗匹配来完成的原因。

构建如图所示的电路的优点是速度快。只需拿起一块铜原型板,将东西焊接在一起,,我们就有了要测试的原型板。我认为在现代工程中这已经改变了,因为设备变得越来越小,现在(至少在我的工作中)我们设计了一个在设计阶段进行测试的电路板——测试是设计过程的基本部分。(如果你不能可靠地反复测试一个设计,你就不能出售它)。

请注意,即使在 RF 中,我们有时仍会在没有传输线的情况下进行设计,但我们确实需要非常准确地对互连进行建模以验证性能。

所以要真正回答你的问题,不,没有像这样的射频设计标准指南,因为这不是在许多现代生产射频设计中所做的事情。

\$^1\$什么是“高频”是相对的——对于模拟设计人员进行低压、高精度测量,几百兆赫兹可能是“高频”。对于毫米波雷达设计人员来说,几 GHz 仍然是“低频”。

这些示例不是生产电路。它们是由吉姆·威廉姆斯(Jim Williams)构建的原型,在被 Analog 公司收购之前,他是凌力尔特公司的知名应用工程师。

该技术称为焊锡。

据我所知,它从未用于生产,除了一些非常简单的情况,例如将馈电电感器连接到电路中。

但这些技术是否真的在更现代的 RF PCB 中实现了标准化?

是的,即使在制作生产 PCB 时,使用接地层也是有益的,保持引线短。通常您会使用专为 PCB 安装而设计的连接器,而不是“反射板”。

对于这些技术,哪一个应该是更正式的指南?

是的,有更正式的指导方针。可能需要一两本书来解释它们。

这不是我们今天所知的“射频电路”,更像是高速模拟

您在此处看到的技术称为死调试,将组件徒手安装到也用作接地层的裸铜 PCB 上。虽然对于习惯于“RF 设计”作为 GHz 范围分布式元件电路领域的人来说这似乎很奇怪,但死虫技术非常适合用于 HF 和 VHF 范围内的原型设计和一次性电路,其中面包板和穿孔板是相当无用,但集总电路元件仍然有用。它也适用于其他类型的高速或精密模拟电路,因为死虫技术的“空气布线”适用于低泄漏精密工作(空气在小信号环境中是一种非常好的绝缘体),并且小环路面积和良好的接地平面降低了对传入射频杂质的敏感性。