关于射频设计时PCB布线阻抗控制的疑惑

Ross_Geller · 发表于 2020-10-12 12:41:02

最近要画一个走2.4G信号的PCB，因为是头一次接触这块，缺乏足够的理论实践支撑，结果还是存在太多的困惑。那么下面我就按设计中遇到的问题进行叙述，希望能够抛砖引玉。
首先，前人画的板子，局部布局是这样的：

2.4G信号从右边SMA端子S4进来后，经过C70到U17功分器，再经过R29分为两路。假设布线线宽按照50欧阻抗设计，那么，元器件焊盘宽度显著大于线宽，会导致阻抗突变。在类似设计中，为了缓解这个问题，往往将PCB线宽设计成与RC元件焊盘宽度相当，比如下图的设计：

可以看到，为了后期进行阻抗匹配，还预留了串并联元器件的焊盘（阻抗匹配这部分知识就不介绍了，和这个帖子关系不大）。根据这个思路，准备用JLC的4层板打样，RLC元件打算采用0402封装。为了设计与0402焊盘宽度20mil相近的50欧姆线宽，使用SI9000软件尝试了JLC多种规格的板材与模型，发现都很难获得比较理想线宽，最接近的是下图：

板材选用0.8厚度的JLC7628结构4层板，采用共面波导、隔层参考的方式，H1根据标称0.265mm换算得到10.433mil，H2标称0.2mm，换算得到7.874mil，但是JLC建议值7.1mil，这里就按7.1mil填写。D1设置为8mil，得到了21mil的线宽，和预期的20mil焊盘宽度相当。为了验证阻抗不连续对信号产生的影响，我尝试了ADS仿真，将Altium设计的PCB文件导出并导入到ADS中进行S参数仿真，然而可能是软件使用错误，测试的结果很奇怪（注：这个仿真测试并没有采用上面计算的模型，而是简单的微带结构，仿真过程这里不细说，做成了文档放在帖子附件里，感兴趣的可以看一下）：

S11出现了正值，S12在2.4G也有3.3dB的损耗，这很不正常，最终没掌握正确的仿真方法，就打算打样一个板子然后借一台网分实测一下。然而，在使用接插件的时候，又遇到了焊盘宽度大于预设线宽的情况，如图所示：

这里打算采用MCX端子，市面上这种端子焊接处针的宽度0.9mm，约为35.4mil，没找到细针的MCX连接器。为了缓解阻抗突变，不得不把第三层对应位置也挖空。更严谨的做法应该是采用细针的端子。这只是一个简单的阻抗测试条，在实际电路设计中，如果遇到多处类似情况，处理起来耗时耗力，为照顾阻抗而进行大量的隔层参考、挖空覆铜也可能会导致铺铜区域的不完整从而导致新的问题。在实际设计中，可能要在性能、成本等方面进行权衡与取舍。板子还没打样，这个测试样条也可能存在设计问题，因此想发帖讨论一下。
想要讨论的问题如下：
1、在实际电路设计中，阻抗不连续带来的影响有多大，我也问了一些人，有人说不必在意，也有人说需要认真对待，遇到了小马过河的情况。
2、有没有人实际测试验证过JLC四层板的阻抗，能否给出一个类似的设计参考。

longls · 发表于 2020-10-12 13:06:08

JLC不是不做阻抗匹配么，一般厂家会根据情况调整，就算PCB上做的不是50Ω。

clesun · 发表于 2020-10-12 13:21:11

影响不大，线又不是太长。如果你担心可以做个泪滴或者三角改良下阻抗突变，7G的信号按照你图上的方法。如果有仪器还是上仪器，频谱仪/网分

Ross_Geller · 发表于 2020-10-12 17:37:32

clesun 发表于 2020-10-12 13:21
影响不大，线又不是太长。如果你担心可以做个泪滴或者三角改良下阻抗突变，7G的信号按照你图上的方法。如果 ...

PCB布线距离引起的线损一般不大，我是对阻抗突变导致反射的损耗没有概念，打算买个业余VNA测一下，方法还在学习中。

1a2b3c · 发表于 2020-10-12 17:56:30

你那点焊盘就纠结了？理还懒得理他呢，你可以看到现在的一些器件的封装管脚反而是很小的了，比线还窄，那咋整？懒得理它：）
真要较真就做个渐变就完了，

h572 · 发表于 2020-10-12 20:02:50

前后加个电容，把那个阻抗突变做成个LPF！

marker · 发表于 2020-10-12 20:19:38

小于1/8波长影响不大，不必太在意。

Ross_Geller · 发表于 2020-10-12 20:40:54

h572 发表于 2020-10-12 20:02
前后加个电容，把那个阻抗突变做成个LPF！

听到别人这么说过，能具体讲一下吗？

cddyy · 发表于 2020-10-12 22:57:37

请问楼主，U17功分器是啥型号呢?

Ross_Geller · 发表于 2020-10-13 08:52:32

cddyy 发表于 2020-10-12 22:57
请问楼主，U17功分器是啥型号呢?

SCN2-27+
紫薯补丁

cddyy · 发表于 2020-10-13 10:03:35

Ross_Geller 发表于 2020-10-13 08:52
SCN2-27+
紫薯补丁

谢谢解答。

womenhome · 发表于 2020-10-13 15:38:26

Ross_Geller 发表于 2020-10-13 08:52
SCN2-27+
紫薯补丁

没看到供电引脚？

信号耦合在电源上？

Ross_Geller · 发表于 2020-10-13 15:59:14

womenhome 发表于 2020-10-13 15:38
没看到供电引脚？

信号耦合在电源上？

无源器件哈。在射频电路中，不需要供电的芯片挺常见的。

Ross_Geller · 发表于 2020-10-15 12:38:55

h572 发表于 2020-10-12 20:02
前后加个电容，把那个阻抗突变做成个LPF！

找了本书，是类似这个思路吧？

h572 · 发表于 2020-10-15 17:05:36

是的，类似，

Ross_Geller · 发表于 2020-10-15 18:51:22

h572 发表于 2020-10-15 17:05
是的，类似，

不过还有一个问题，我为了减小传输损耗，想尽量把阻抗做成一致连续。这里把阻抗突变做成滤波器，那滤波器的带内衰减和之前阻抗不连续导致的信号损失，是不是也要权衡一下？没做过这块，没什么概念。

liuxiangyub · 发表于 2020-10-16 09:18:23

MARK
学习一下。

关于射频设计时PCB布线阻抗控制的疑惑

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