轉自：
https://www.mr-wu.cn/gao-pin-pcb-she-ji-gao-yao-zhi-yi/
https://www.mr-wu.cn/gao-pin-pcb-she-ji-gao-yao-zhi-er/
隨着物聯網技術的興起，現在的電子產品搭載無線通訊功能是越來越普遍了，而無線通訊技術是依賴於PCB上的射頻電路來實現的，遺憾的是，即使是最🐂🍺的PCB設計人員，對於射頻電路也往往望而卻步，因爲它會帶來巨大的設計挑戰，並且需要專業的設計和仿真分析工具。正因爲如此，多年來，PCB 的射頻部分一直是由擁有射頻設計專長的獨立設計人員來完成設計。
射頻電路設計工程師搬出了十八般武藝，一頓猛如虎的操作之後，設計出了下邊的射頻電路版圖，並導出DXF格式給PCB Layout照抄就好了，豈不是爽歪歪 🙃
PCB設計攻城獅導入射頻電路DXF格式文件之後，發現走線既有直角又有尖銳的拐角，心裏想，emmm，這射頻可真水，工資還比勞資高，避免尖銳倒角圓弧過渡都不懂，然後對射頻電路部分重新優化了走線
結果…
爲了避免日後產生誤會，射頻菌下班後把layout菌喊了過來，關上門手把手指導了一些射頻PCB設計的相關要點。
根據射頻電路理論，當信號連接線上所傳輸的信號的波長可與分立的電路元件的幾何尺寸相比擬時，射頻IC引腳的焊盤、射頻信號在PCB上的傳輸線、射頻無源器件、過孔甚至是接地的鋪銅都是嚴重影響射頻信號性能的重要因素。
微帶線是在PCB上傳輸高頻信號的理想選擇，除非IC與天線的連接距離非常短，否則請使用特性阻抗匹配的同軸電纜或傳輸線。在印刷電路板上，最好採用如下圖所示結構的微帶線傳輸線。
微帶線傳輸線包括固定寬度金屬走線(導體)以及(相鄰層)正下方的接地區域。例如，第1層(頂部金屬)上的走線要求在第2層上有實心接地區域。走線的寬度、電介質層的厚度以及電介質的類型決定特徵阻抗(通常爲50Ω或75Ω)。
當然，除了微帶線，還有一種常見的傳輸線就是帶狀線，如下圖所示
帶狀線包括內層固定寬度的走線，和其上方和下方的接地區域。導體可位於接地區域中間或具有一定偏移。這種方法適合內層的射頻走線。
既然帶狀線也適合射頻走線，那老wu爲啥說微帶線是在PCB上傳輸高頻信號的理想選擇呢？
無論是微帶線或是帶狀線，兩者傳輸毫米波頻率的性能都是優秀的，區別在於製造成本。
與帶狀線電路相比，微帶線電路加工步驟少，且電路元件更易於放置，因而更易於製造（製造成本更低）。而比之微帶線，帶狀線能夠爲相鄰的電路線提供更多隔離，支持更密集的元器件佈局。此外，帶狀線電路還非常適合製造多層電路板，各層能夠良好隔離。
微帶線與帶狀線導體的電氣性能均受絕緣材料介電常數，以及接地層鄰近效應的影響。微帶線只有一個接地層，而帶狀線有兩個接地層。對於微帶線，影響導體阻抗的有效介電常數是絕緣材料及其電路上方空氣的相對介電常數之和（等於1）。帶狀線的有效介電常數則爲導體上下兩個基材的相對介電常數之和。
對於所有高頻電路，保持阻抗受控對於實現一致的振幅和相位響應電氣性能至關重要。兩種傳輸線的導體的阻抗除其它因素外，是導體寬度、導體厚度、絕緣基材的厚度，基材的相對電容率或介電常數的函數。對於帶狀線，中心導體與兩接地層之間的距離是否相等，或者導體上下方絕緣體的介電常數是否相同並不重要（微帶線亦是如此）。
帶狀線有兩個接地層，因此帶狀線的50Ω（或者任何給定阻抗）線比微帶線阻抗相同的導體細。較細的線固然支持較大的電路密度，但是較細的線也需要更嚴格的製造公差，並且整個電路的基材的介電常數要非常一致。微帶線的單端（不平衡式）傳輸線的介質損耗（由基材的耗散因子界定）比帶狀線少，這是因爲微帶線的一些場線在空氣中，其耗散因子可忽略不計。
當然，這兩種傳輸線所具備的性能實際上只是與其製造所用載體——絕緣基材的性能幾乎相同。正如所採用的PCB材料，例如FR-4，能夠降低成本，但同時也會限制其性能，根據不同的微帶線和帶狀線應用選擇最適宜材料，會更好地發揮這兩種傳輸線的優點。
與許多工程決策一樣，會權衡考慮選擇微帶線還是帶狀線。例如，帶狀線電路的電路密度高，因而，在相同頻率條件下，比微帶線電路需要更多的材料層、更多加工時間和費用、並且更需要注意細節的處理。
相對於常見的微帶線和帶狀線，還有一種射頻傳輸線是接地共面波導，接地共面波導提供鄰近射頻線之間以及其它信號線之間較好的隔離。這種介質包括中間導體以及兩側和下方的接地區域如下圖：
建議在接地共面波導的兩側安裝過孔“柵欄”，如下圖所示。該頂視圖提供了在中間導體每側的頂部金屬接地區域安裝一排接地過孔的示例。頂層上引起的迴路電流被短路至下方的接地層。
微帶線和接地共面波導電路的傳輸模式均爲準橫電磁模(準-TEM)。由於接地共面波導電路增強的接地結構，一定程度上其機械加工也更加複雜。相比於微帶線，接地共面波導電路具有低色散特點，當頻率上升到毫米波波段時，接地共面波導電路比微帶線電路的輻射損耗也更低。
由於增強的接地結構，接地共面波導電路比微帶線電路具有更寬的有效帶寬和更大的阻抗範圍。然而，微帶線電路結構相對穩健，其簡單的底部接地面電路結構便於加工。此外，微帶線電路性能對電路加工因素不敏感，其電路性能受導體/間隙刻蝕差異和導體厚度差異的影響更小。
而射頻電路版圖那些尖銳的彎角是特意設計的傳輸線彎角補償
由於佈線約束而要求傳輸線彎曲時(改變方向)，使用的彎曲半徑應至少爲中間導體寬度的3倍。也就是說：
彎曲半徑 ≥ 3 × (線寬).
這將彎角的特徵阻抗變化降至最小。
如果不可能實現逐漸彎曲，可將傳輸線進行直角彎曲(非曲線)，如下圖所示。然而，必須對此進行補償，以減小通過彎曲點時本地有效線寬增大引起的阻抗突變。
1、射頻電路的佈局和連接儘可能地短
由於傳輸線拐角處的阻抗突變會造成信號反射，高頻信號將作爲電磁場能量輻射到空間中。結果，經“拐角”之後的信號電平值可能下降。 因此，在設計高頻電路時，必須精心設計RF佈局以使得RF走線拐角角度儘可能的小。
設計RF電路時，如果板上有足夠的空間，則將RF相關元器件佈置成儘可能直線化。 通過直線化佈局佈線佈線，可以避免信號反射，防止信號電平值降低，以滿足設計指標。
設計要點：在低頻電路的時，信號走線成直角也可以正常工作。 然而，在高頻電路中，即使走線銅箔寬度的細微變化也會產生影響，因爲走線寬度變化，特徵阻抗就會受到影響，發生信號反射，降低信號電平值，達不到設計指標。
2、在RF走線的拐角處通過放置元件或者圓弧走線的方式來降低特性阻抗突變造成的影響
還是圍繞老wu第一點說的【避免特徵阻抗突變】的原則，如果板上空間富裕，優先通過佈局實現RF走線的短和直，如果佈局空間不允許，需要拐角走線，一定避免直角或45°拐角走線，要走圓弧走線，如果實在要走直角了，可以通過放置元件通過元件的擺位的方式來替代走線來做90°角的轉折，這樣可以最大化避免阻抗突變造成的信號反射影響。
設計要點：在高頻電路的情況下，重要的是改善RF線路的佈局，即遵循【避免特徵阻抗突變】的原則
3、爲接地焊盤單獨接地，避免共用接地過孔
設計高頻電路時，必須認真處理RF信號走線和GND之間的連接。 在上圖的反例中，RF元件的接地焊盤共用一個接地過孔與GND平面連接。
下圖的改進實例中，爲每個接地焊盤就近打了接地過孔與GND平面連接，接地環路更小，將噪聲降至最低。
設計要點：與常規電路相比，高頻電路對於與GND的連接必須嚴格處理，爲每個接地焊盤單獨提供一個接地過孔以最短的途徑與地平面進行連接。
4、射頻巴倫差分走線要保持對稱
設計高頻電路時，必須注意同一電路部分的接線。 比如上面的反例圖示是射頻巴倫（balun）電路，左右走線不對稱。
下圖改進的巴倫電路，縮短射頻信號走線長度並且左右對稱。
設計要點: 在高頻電路的情況下，佈線的影響很大。
5、RF信號走線50歐阻抗隔層參考儘量擴大挖空區域
對於具有RF/高速信號混合的PCB、RF射頻信號走線需要控50歐阻抗，高速傳輸線也需要控阻抗，比如常見的單獨50歐差分100歐，高速傳輸線爲了有更多的空間走線，儘量走小的線寬，比如BGA區域4mil線寬/線距，但射頻信號爲了避免插入損耗（Insertion Loss），插入損耗主要包括介質損耗、導體損耗、輻射損耗和泄露損耗幾個部分，是各種損耗成分的總和。射頻信號適當加大走線線寬可以降低插入損耗，但線寬也不是越大越好，對於微波及毫米波的電路應用，較寬的線寬容易產生不必要的雜散信號，影響信號的傳輸。
一般RF走線線寬20mil，以對應0402的焊盤，但要滿足50歐的阻抗，寬的線寬就意味着走線與參考層的距離要拉大（影響阻抗的因素包括介質厚度、介電常數、線寬、銅厚、阻焊油墨厚度，但其中介質厚度和線寬的影響最爲顯著，一般控阻抗要麼調線寬要麼控介質厚度）。
高速傳輸線線寬4mil、射頻走線需要20mil，如果都是參考同一個平面，介質厚度是固定的，那就滿足不了不同線寬控到同一阻抗。鑑於高速傳輸線需要控阻抗的走線較多，所以就拿射頻走線來做調整，拉大介質厚度的方法就是隔層參考控阻抗，比如走線在頂層，把第二層挖空，參考第三層的平面，達到比較厚的介質厚度。
但是這個挖空也是有講究的，老wu看到有的同學直接複製頂層的射頻走線到第二層作爲參考層的挖空區域，但…這個挖空區域還不夠寬，要避免第二層的銅箔對阻抗造成影響，第二層的挖空區域要儘量大，至少也要3倍的射頻走線的線寬。
