RF PCB kontroluje toleranciu šírky čiary v rozmedzí ± 0,5 mil, s hlavným cieľom prísne uzamknúť charakteristickú impedanciu vo vysokofrekvenčných scenároch, vyhnúť sa nesúladu impedancie, stratovému rázu, fázovému posunu a iným problémom a zabezpečiť výkon a spoľahlivosť RF spojenia.
Pevné obmedzenia riadenia impedancie
Charakteristická impedancia jadrového prenosového vedenia RF obvodov (ako sú mikropáskové vedenia 50 Ω) je určená šírkou vedenia, hrúbkou dielektrika, hrúbkou medi a dielektrickou konštantou, pričom šírka vedenia je jednou z najcitlivejších premenných.
Inžinierske testy ukázali, že na každú 0,025 mm (približne 1 mil) odchýlku šírky čiary sa impedancia priamo posunie o 5-6 Ω; Ak je odchýlka šírky čiary 0,01 mm (asi 0,4 mil), impedancia sa zmení o 2-3 Ω.
Aplikácie na úrovni RF vyžadujú, aby bola tolerancia impedancie kontrolovaná v rozmedzí ± 3 % (tj odchýlka pod 50 Ω cieľová hodnota menšia alebo rovná ± 1,5 Ω) a tolerancia šírky čiary ± 0,5 mil stačí na obmedzenie kolísania impedancie v tomto bezpečnom rozsahu a na zabránenie prekročeniu impedancie normy.
Potlačenie odrazu signálu a prekročenia pomeru stojatých vĺn
Dokonca aj odchýlka impedancie 2 Ω v RF systémoch môže spôsobiť významný odraz signálu, čím sa priamo zhorší pomer stojatých vĺn (VSWR).
Impedančný nesúlad spôsobený odchýlkou šírky čiary môže odrážať určitý výkon signálu späť do vysielacieho konca, čím sa znižuje účinnosť prenosu energie. V závažných prípadoch môže dokonca zvrátiť poruchu výkonového zosilňovača a priamo poškodiť RF front-end čip.
Vo vysokofrekvenčných scenároch, ako je 77GHz radar namontovaný na vozidle s milimetrovými vlnami, odchýlka impedancie presahujúca ± 8% výrazne skráti detekčnú vzdialenosť a presnosť šírky čiary ± 0,5 mil je základnou požiadavkou na zabezpečenie výkonu radarovej detekcie.
Ovládajte nárast vysokofrekvenčného vložného útlmu
V rádiovom frekvenčnom pásme GHz spôsobuje skinefekt prúdenie prúdu len do niekoľkých mikrometrov od povrchu vodiča a vplyv odchýlky šírky čiary na stratu vodiča sa prudko zosilňuje.
Experimentálne údaje ukazujú, že vo frekvenčnom pásme 77 GHz sa strata vodiča s každou odchýlkou 0,02 mm v šírke vedenia priamo zvýši o 28 %, čím sa spotrebuje cenný rozpočet spojenia a zhorší sa šumové číslo na prijímacej strane.
Nedostatočná presnosť šírky čiary môže tiež viesť k zvýšeniu drsnosti smerovacej hrany, čo ešte viac zhorší stratu rozptylu vysokofrekvenčných signálov a spôsobí, že vložená strata na frekvencii 28 GHz ďaleko presahuje návrhový prah.
Zabezpečte fázovú konzistenciu a výkon obvodu
Zapojenie na RF PCB už nie je len jednoduché prepojovacie vedenie, ale súčasť pasívnych komponentov ako sú filtre, výkonové deličy, spojky a pod. Odchýlka šírky vedenia môže priamo zmeniť elektrickú dĺžku prenosového vedenia.
Vo fázovaných a viackanálových RF moduloch môže odchýlka šírky linky ± 0,5 mil alebo viac spôsobiť neprijateľné fázové posuny, narušiť fázovú synchronizáciu medzi kanálmi a viesť k posunu smerovania lúča a zníženiu zisku.
V prípade mikropáskových filtrov prekročenie tolerancie šírky čiary priamo zmení veľkosť rezonančnej jednotky, čo vedie k posunu strednej frekvencie priepustného pásma a nárastu straty vloženého pásma, čo sa úplne odchyľuje od výkonnostných ukazovateľov návrhu simulácie.