射頻 PCB 佈局與製造的設計準則
1 分鐘
- 7 項 RF PCB 布局關鍵考量
- 結論：
射頻 PCB 的運作基於一些基本規則，需要事先具備數位與類比設計電路的知識。由於頻率範圍落在 GHz 等級，無法直接與類比或數位電路相比。這樣的頻率範圍讓 PCB 變得截然不同，我們幾乎得重新檢視所有環節：
- 阻抗不匹配
- 走線長度
- 接地
- 屏蔽
若未妥善處理，可能導致整個系統失效；即使僅部分忽略需求，也會造成性能下降、訊號損失、EMI（電磁干擾）以及功耗增加。我們將探討可用材料、微波 RF PCB 的走線佈線方式，最重要的是訊號完整性與阻抗規則。為避免訊號劣化與區塊間串音，必須謹慎布局。開始 RF 布局前，請先考量以下參數：
7 項 RF PCB 布局關鍵考量
1. 材料選擇
RF PCB 需要穩定的基板。何謂穩定？即穩定的介電常數（Dk）與較低的損耗正切（Df）。常見 RF 材料有 Rogers RO4000、RO3000、Taconic RF 層壓板與 PTFE。較低的介電常數可縮短傳播延遲；較低的損耗正切則能減少能量損失。
2. 控制阻抗
走線可採用微帶線、帶狀線或共面波導結構，詳見後述。此外，必須保持走線寬度與參考接地平面高度一致，以設定特性阻抗（通常為 50 Ω 或 75 Ω）。若線路與網路不匹配，將產生反射與損失。必要時可使用圓角走線取代 90° 尖角。完成電路與 PCB 設計後，模擬極為重要。線上有許多阻抗計算與模擬工具，可協助決定適當的走線尺寸與運作方式。詳見我們的 阻抗控制專文。
3. 走線設計與佈線
高頻下需將寄生參數降至最低，因此 RF 走線應盡量短且直。避免尖角，使用 45° 斜角或圓弧走線以防阻抗不連續。RF 路徑避免換層過孔，必要時採用背鑽或盲孔。RF 與非 RF 走線勿平行佈線以防耦合。測試點置於走線外，以維持阻抗連續。數位與 RF 區塊需隔離，至少保持 20 mm 間距；若為 4 層板，可採 20H 規則，H 為 L1 至 L2 的距離，中間可用prepreg 隔開。
4. 使用 RF 傳輸線
1. 微帶線：外層走線，下方緊鄰完整接地平面。
2. 帶狀線：內層走線，上下均有接地平面，性能平衡。
3. 接地共面波導：中心導體兩側為接地走線，並以 via 圍籬提供優異隔離。
5. 接地與回流路徑
穩固的接地策略對抑制雜訊與 EMI 至關重要。RF 走線正下方需有連續接地平面，避免接地平面中斷破壞回流路徑。常見做法為頂層走 RF，緊鄰下方即為接地層。雖不建議使用過孔，但訊號擴散較大處可透過縫合過孔降低寄生電容。數位接地須與 RF 接地分離，僅於單一點連接，並需特殊考量。
6. 電源去耦合
乾淨的電源對 RF 電路至關重要。使用多顆不同容值電容覆蓋寬廣頻率範圍。將去耦合電容盡量靠近 RF IC 電源接腳，以降低雜訊。電源走線應獨立佈線，必要時以濾波器隔離。可參考PMIC在晶片外如何運用這些技巧。
7. 屏蔽與隔離
若未妥善管理，EMI 會降低 RF 性能。使用接地屏蔽罩隔離 RF 區塊；將 RF、數位與類比區塊分區佈置；於敏感 RF 走線周圍加入接地保護走線以減少耦合；透過適當間距降低串音。
結論：
RF PCB 設計從步驟 1 的基板挑選開始，接著進行疊構規劃與控制阻抗走線。由於串音與材料寄生效應，RF 電路對布局導致的損失更為敏感。遵循上述準則，即可打造能於高頻運作且損失與干擾極低的 RF 板。當頻率升至 GHz 級，模擬與測試更是不可或缺。
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