公认的计算微带线阻抗的标准是:

式中,εr为电介质的介电常数,h为引线距离地层的高度,w为引线宽度,t为引线厚度(图7)。w/h介于0.1至2.0、εr介于1至15之间时,该公式的计算结果相当准确7。

如何避免PCB设计时造成的ISM-RF设计问题

图7. 该图为PCB横截面(与图5类似),表示用于计算微带线阻抗的结构。

为评估引线长度的影响,确定引线寄生参数对理想电路的去谐效应更实用。本例中,我们讨论杂散电容和电感。用于微带线的特征电容标准方程为:

同理,可利用上述方程从方程式中计算得到特征电感:

举例说明,假设PCB厚度为0.0625in (h = 62.5 mil),1盎司覆铜引线(t = 1.35 mil),宽度为0.01in (w = 10 mil),采用FR-4电路板。注意,FR-4的εr典型值为4.35法拉/米(F/m),但范围可从4.0F/m至4.7F/m。本例计算得到的特征值为Z0 = 134Ω,C0 = 1.04pF/in,L0 = 18.7nH/in。

对于ISM-RF设计中,电路板上布局长度为12.7mm (0.5in)的引线,可产生大约0.5pF和9.3nH的寄生参数(图8)。这一等级的寄生参数对于接收器谐振槽路的影响(LC乘积的变化),可能产生315MHz ±2%或433.92MHz ±3.5%的变化。由于引线寄生效应所产生的附加电容和电感,使得315MHz振荡频率的峰值达到312.17MHz,433.92MHz振荡频率的峰值达到426.61MHz。

如何避免PCB设计时造成的ISM-RF设计问题

图8. 一个紧凑的PCB布局,寄生效应会对电路产生影响。

另外一个例子是Maxim的超外差接收机(MAX7042)的谐振槽路,推荐使用的元件在315MHz时为1.2pF和30nH;433.92MHz时为0pF和16nH。利用方程计算谐振电路振荡频率:

评估板谐振电路应包括封装和布局的寄生效应,计算315MHz谐振频率时,寄生参数分别为7.3pF和7.5pF。注意,LC乘积表现为集总电容。

综上所述,布板须遵循以下原则:

保持引线长度尽可能短。

关键电路尽量靠近器件放置。

根据实际布局寄生效应对关键元件进行补偿。

接地与填充处理

接地或电源层定义了一个公共参考电压,通过低阻通路为系统的所有部件供电。按照这种方式均衡所有电场,产生良好的屏蔽机制。