微带线的电流分布
微带线回流的大小分布,如下图所示。电流分布在微带线的下方,且随着距离微带线正下方的距离越远,电流幅度越小。
电流的分布,可以近似用以下公式表示:
其中:
d是在回流平面上距迹线中心线的水平距离;h是介质厚度。
两根平衡走线,如果靠的比较近,就会有一部分回流重叠,随着d的距离的增大,在距离d范围内的电流越多,其数据关系如下表所示。
表中也可以通过对S(d)积分,然后进行计算得到。比如对于d/h=2时,则在d=2h以外的电流即为:
而总电流为
所以包含在-d~d以内的电流的百分比为:
与上表中吻合。按同样的计算方法,可计算出当d=5h/10h/20h时,分别对应的值为87.4%/93.7%/96.8%。
地孔怎么加?
射频板上一般是满眼望去,都是地孔。加地孔,主要就是防止干扰别人以及被别人干扰。那地孔一般怎么加呢?可以遵循λg/20的规则。
我一般给微带线周围加地孔的步骤是这样的:
(1) 先用小软件计算出特性阻抗为50ohm的微带线的宽度,记为W1;然后再用小软件计算CPWG的尺寸,调整其线宽,使其等于W1, 然后调节线到地的距离,使其特性阻抗也为50ohm。这个时候,CPWG上线到地的距离即是我们要知道的地孔距离微带线的距离。
已经常用的RO4350B,厚度为0.508mm的板材来算的话,其特性阻抗50ohm时,对应的微带线宽度约为1.1mm。如下图所示。
然后开始计算CPWG的尺寸,可以看到在线宽固定为1.1mm时,将s调整为0.8mm,其特性阻抗已接近50ohm。所以,可以在偏移微带线0.8mm处,打地孔。这样,就不会影响微带线的特性阻抗,即不会影响或少影响微带线的场状态。
看看在这个尺寸下,满足3H原则么?
介质板厚度为0.508mm, 地孔距微带线中心的距离为0.99+1.1/2=1.54mm。即d/h=1.54/0.508=3.03,满足3H原则。按上面的计算步骤计算的话,则约80%的电流集中在两边的地孔中间。
(2) 然后按照λg/20来估算孔的距离,比如100MHz, 板材为RO4350B,那么:
则λg/20=78mm。
如果从这方面来看的话,整个射频板可能只需要打几个过孔就行了。不过,没有见过这样做的。一般射频板都是被打成筛子的。在算出来的λg/20比较大的时候,我一般是选择2mm~2.5mm的间隔,如果λg/20比较小,就适当减小间隔,但是需要保证:
l 厂家能加工
l 不要把其他平面打断(这在数字板中经常需要注意,不要把电源平面打断)
(3) 如果是CPWG设计的话,因为其阻抗和中心线距铜的距离s有关,所以尽量沿着铜皮的边界打孔,保证孔的焊盘与所在的铜皮的边界重叠。在文献[2]提到,沿着边界打地孔,可以拓展CPWG的使用带宽。但是,话又说回来,文献上是指拓展到50GHz的带宽。所以,按照实际使用频率,进行权衡。因为要保证与边界重叠,那是相当费时间的,特别当线是弯弯曲曲的时候。
怎么看待打孔可以增加隔离度呢?
在文献[3]中,用波导截止频率的观点来阐述了这个现象。
当信号进入小的缝隙或者非谐振盒子时,可以用波导的截止信号的衰减公式来估算。
不过,我按照这个公式算下来的话,发现,如果是一排过孔,孔间距是2mm,孔的大小是0.3mm的话,算出来的经过过孔的衰减值才3.92dB,比我想象中的值小多了。这都有点让我不相信这公式的正确性。
但是,当看到文献[4]时,我想,这公式可能是对的。文中,对下述原理图进行了仿真。
以下是仿真结果。发现量级也就在几个dB左右。隔离度还是主要取决于两个微带线的距离。
差分线的布地
最后,稍稍说一下差分线周围的布地。在给差分信号加保护地的时候,为了不破坏差分线之间的平衡关系,要求两边同时加地,而且要求地与差分线的距离至少要大于两倍的差分线的间距。
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