我无法解释为什么要沿着传输高频 RF(100 MHz 至 GHz)信号的铜迹线(或 PCB 上的任何地方)放置尽可能多的通孔(约 50 个)。
就我而言,我的电路板两侧都有两个接地层(浇注)。我的直觉是,不知何故,通过通孔,你已经在两个接地层之间产生了一个相互接地,这样就没有信号从顶部接地层沿着 PCB 边缘流向底部接地层。
这是因为 PCB 周边就像 RF 泄漏电流的环路。为了最大限度地减少感应电流回路,必须提供“捷径”以便两个平面可以直接接触?我对吗?
我无法解释为什么要沿着传输高频 RF(100 MHz 至 GHz)信号的铜迹线(或 PCB 上的任何地方)放置尽可能多的通孔(约 50 个)。
就我而言,我的电路板两侧都有两个接地层(浇注)。我的直觉是,不知何故,通过通孔,你已经在两个接地层之间产生了一个相互接地,这样就没有信号从顶部接地层沿着 PCB 边缘流向底部接地层。
这是因为 PCB 周边就像 RF 泄漏电流的环路。为了最大限度地减少感应电流回路,必须提供“捷径”以便两个平面可以直接接触?我对吗?
你实际上在谈论两个非常不同的事情。一种是过孔缝合,您可能会看到连接两个接地层的网格状过孔图案。
另一个,通孔栅栏,是在所有侧面完全围绕射频迹线的通孔,可能除了端接天线或类似物的末端。
现在,在任何PCB 上,无论是承载 DC 还是 5GHz 信号,将接地层与某种规则图案(在合理范围内,您可以根据自己的喜好进行缝合)是一个好主意。它很好地确保了任何可能被忽视的铜岛实际上都连接到了地面(我们中最优秀的人都会遇到这种情况),确保所有东西都具有最短的接地路径,并且通常将接地保持为接地。
现在,接地在高频下并不是一个特别有用的概念。即使在 DC 下,也有接地返回电流流过您的接地层,并且铜确实有一点点电阻。接地只是一个幻想,没有神奇的铜板在每一点都具有相同的潜力。接地只是意味着我们试图保持接近相同电位的东西,取得了不同程度的成功,并选择这个电位作为我们电路其余部分的 0V 参考。
然而,一旦任何电流开始流动,它就会在它所流过的铜上产生一个电压,既可以将电流分散出去,也可以使我们的接地“反弹”,具体取决于您使用 PCB 的哪个部分正在看,而且,嗯……没有什么是真正具有相同潜力的。甚至接地。过孔缝合被认为是一种“最佳实践”且省力的方法,可确保您的接地在接地的一部分与另一部分的电压电位等方面更紧密地耦合,等等。
就像他们说的那样,你永远不会有太多的接地引脚。它也适用于接地通孔。
过孔的另一个重要用途是热性能。过孔是相当好的热导体,肯定比 FR4 好得多。每当将过孔用于热性能时,您通常会看到它们包装得尽可能紧密,覆盖了一块铜,预计在电路板通电时会变硬。即使在更适度的需求中,几乎总是最好使用热耦合更紧密的 PCB。如果 PCB 上的温度更相似,那么所有随温度漂移的东西(几乎是板上的所有东西)都会一起漂移。
现在,对于 RF 板,情况有所不同。一方面,返回电流不再对你的地平面产生任何影响。在低频时,我们的接地返回电流有些分散,并采用最短的几何路径到达最低电位点(将我们的地平面接地的东西,例如电源、电池等的接地)。
即使在适度的频率下,接地返回电流也主要由阻抗的电抗分量决定。复阻抗的电抗(虚部)是阻抗的量度,它是由于电路中的各种元件以给定的速率存储能量,而不是电阻(实部)分量,它只是由能量以一定的比率。
电抗与频率有关,因为存储的能量不仅消失了,它还会返回到电路中,并且物体摆动的速度将决定在它得到之前要存储多少时间(因此,多少能量)下一次摆动释放回来。
电抗总是由于两个能量存储在电场或磁场中。电容和电感只是衡量某物分别在电场或磁场中存储能量的能力。现在一切都开始融合在一起,你不是说吗?
电流将遵循阻抗最小的路径。随着频率的升高,我们的返回电流越来越需要最小化正电流和接地返回电流之间形成的电感和电容。它希望最大限度地减少能够存储在寄生器件中的能量。
我们的接地电流将尽其所能直接在原始电流的路径下流动。
如您所见,100MHz 对我们提供给它的漂亮、短的接地路径不感兴趣。事实上,它完全忽略了它们。
这就是为什么射频板上的过孔缝合和栅栏与接地或保持良好接地电位完全不同的原因。是的,我终于要真正回答你的问题了!
我们通常称之为无线电波的低于 300GHz 范围的电磁波是电荷载流子加速的结果。每当你加速任何电荷载流子时,都会发射电磁波,由于某些超出此处范围的严肃物理,电磁波包含一点点能量、动量和角动量,并且辐射恰到好处以保存它们。当然,它可以与远处的电荷载流子相互作用,动量、角动量和能量可以传回其他电荷载流子,使它们加速。当然,这是所有无线电技术的物理基础。
对于要加速的电荷载体,必须是移动的。换句话说,我们需要导体。
这里可怕的事实是,实际上所有导电的东西都是天线,并且会很高兴地辐射和拾取几乎所有频率高到足以使波长足够小以适合所述导体的东西。
我们唯一真正的防御措施是使我们所有的导电路径都太短而不能在感兴趣的频率上成为有效的辐射器。
因此,最好的做法是切换 RF 板上的任何覆铜,过孔的间距至少为感兴趣的最高频率波长的 1/10,或 λ/10。最低限度。在可能的情况下,您确实希望以网格模式在通孔中实现 λ/20 间距。
这给我们带来了最可怕的部分,并且可以说是缝合的最重要原因和通过栅栏背后的主要推动力:所有不是电荷载体导体的东西......
...是一种奇妙的电磁波导体。
没错,我们称之为绝缘体、电介质的所有东西,包括真空或优质的 PTFE 线绝缘或我们 PCB 的 FR4 层压板——它们都是用于电流的导体,但用于电磁波。它们是电磁波的导体。另一方面,导体是电磁波的绝缘体(反射器可能是一个更好的类比)。
如果您有有线电视或互联网,那么您就会熟悉那些承载一切并使其正常工作的 75Ω RG6 或 RG59 同轴电缆。查看横截面,您会在屏蔽编织层和单中心导体之间看到白色材料。那是介电泡沫。沿着该电缆传输的信号不是由铜导体传输的,而是由白色泡沫传输的。同轴电缆不是普通的旧导电电缆。同轴电缆是波导。
当频率变得足够高以至于波长与 PCB 上的铜特征具有相似的大小时,您必须进行一场持续的战斗以保持所有这些电磁波被限制在您希望它们去的地方而不是您不想去的地方. 它们会很高兴地穿过由 FR4 制成的 PCB 的美味介电芯,一直到电路板的一侧,像从地狱中摆动的小蝙蝠一样散发出来。
您的两个地平面将充当出色的波导!它们会在它们离开您的电路板一侧时在它们之间弹跳,并且可能直接进入您即将失败的 FCC 认证中使用的射频测量设备。
因此,我们铺设了一个比我们需要担心的最短波长更紧密的通孔网格。不小于 λ/10th,但更好的 λ/20。就像微波炉门上的网格一样,这些通孔包装得太紧,这些波停止泄漏。
使用栅栏的原因大致相同,但通常是因为我们实际上是在尝试辐射一些波,但我们希望将它们限制在瓶中,直到它们可以通过某种天线功能或任何我们想要的方式逃脱。通常,通过栅栏还兼作波导的外部部分,如果你愿意的话,就像平面同轴电缆一样。当然,除了仔细计算的微带材尺寸之外,间隙也很重要。
无论如何,最后回答你的问题:所有这些通孔都是为了保持摆动。