Varför är det så svårt att designa PCB för RF och mikrovågor?

Den enklaste förklaringen är att RF- och mikrovågskretskort är konstruerade för att arbeta vid höga frekvenser, så designprocessen är lite mer komplex. Förutom att de är mer känsliga för signalbrus, kräver de ledande material och har skarpa hörn.

RF- och mikrovågskretsar är konstruerade för att hantera högfrekventa signaler

RF- och mikrovågskretskort är specialkort som är utformade för att hantera högfrekventa signaler. Dessa kort tillverkas ofta av material med låg CTE, vilket gör dem mer stabila vid höga temperaturer. De möjliggör också enkel justering av flera lager. Dessutom har de en stack-up-struktur för flerskiktskort som bidrar till lägre monteringskostnader och maximerad prestanda. Högfrekventa signaler är mycket känsliga för brus, och konstruktörerna måste se till att deras kretskort är motståndskraftiga mot detta brus.

Ett substrat med hög permittivitet är avgörande för ett RF PCB. Relativ permittivitet är förhållandet mellan dielektrisk konstant och vakuumpermittivitet. Denna egenskap är viktig eftersom den minimerar det utrymme som behövs på kretskortet. Dessutom måste substratmaterial vara stabila i både höga och låga temperaturer, och de bör vara motståndskraftiga mot fukt.

De är mer känsliga för signalbrus

Högfrekvent signalbrus är ett vanligt problem med RF- och mikrovågskretskort, och konstruktörer måste vara särskilt försiktiga för att minska dess effekter. RF- och mikrovågssignaler har en mycket lägre tolerans för signalbrus än digitala höghastighetssignaler, och de måste formas på ett sätt som minimerar dess effekter. För att säkerställa att signalbrusets väg är oavbruten bör ett jordplan användas på kretskortet.

Signalbrus kan ha ett antal negativa effekter på radio- och mikrovågskretsar. För det första är RF- och mikrovågssignaler mer känsliga för signalbrus eftersom de färdas längs en väg med minsta motstånd. Signaler med högre frekvenser tenderar att ta vägar med låg induktans, vilket kan orsaka signalbrus och ringningar. Därför är det viktigt att säkerställa ett kontinuerligt jordplan från drivdonet till mottagaren.

De kräver ledande material för att avleda värme

När ström tillförs ett RF- eller mikrovågskretskort måste det ledande materialet avleda den värme som genereras. Detta åstadkoms genom att följa den allmänna värmeflödesmodellen där värmen flödar från källan till området med lägre temperatur. För RF-tillämpningar används vanligtvis ett ledande material som koppar, eftersom det har förmågan att avleda värmen utan förluster.

Den dielektriska konstanten (Dk) hos ett PCB-substrat avgör hur bra det är på att avleda värme. Kretskort tillverkade av ett ledande material har ett lägre Dk-värde än de som är tillverkade av ett inert material. Höga Dk-värden resulterar i mindre PCB.

De kräver flera konstruktionsregler

RF- och mikrovågskretskort har flera designregler som måste följas för optimal prestanda. Till exempel måste layouten på ett RF-/mikrovågskretskort ta hänsyn till behovet av impedansmatchning mellan ledarna, vilket är kritiskt när man arbetar med RF. Dessutom måste kretslayouten också minimera risken för överhörning, vilket är utbyte av energi mellan ledare.

En annan viktig regel vid design av RF/mikrovågskort är att substratmaterialet måste kunna absorbera låg luftfuktighet. Detta bidrar till att minska det utrymme som behövs för kretskortet. Ett annat kriterium för substratmaterial är den relativa permittiviteten, som är förhållandet mellan dielektricitetskonstanten och vakuumpermittiviteten. Helst bör den relativa permittiviteten hos RF/mikrovågs PCB-material vara tillräckligt hög för att möjliggöra höghastighetsförbindelser utan att kompromissa med linjebredd och impedanstoleranser. Detta kräver noggrann analys av preliminära parametrar och material, som bör bestämmas med hjälp av ett kretskortsdiagram.