RF射频走线装配同轴射频连接器经常遇到的那些“坑”

      电路板的叠层（PCB Stack Up），这次案例我们采用的是四层PCB板子，板厚1.2mm，使用的超低损耗的基材。RF走线在TOP，挖空第二层GND平面，隔层参考第三层GND平面。所有模型TOP、BOT层都有1.9mil绿油覆盖，走线区域铜皮开窗处理。具体模型如下图所示：

图1 有绿油覆盖PCB的俯视图

图2 隐藏绿油和基材之后的PCB 3D

      通过软件仿真得到RF微带线的阻抗参数图。

图3 RF微带线的阻抗结果图

      将上图中的微带线装配上同轴射频连接器的3D如下图所示。

图4 微带线装配上同轴射频连接器 3D效果图(隐藏绿油和基材)

图5 微带线装配上同轴射频连接器 局部放大3D

      同样的通过软件仿真得到RF微带线装配同轴射频连接器的阻抗参数结果图。

图6 微带线装配上同轴射频连接器的阻抗结果图

      如果微带线是笔直的一段线，其阻抗是连续的。当RF微带线装配同轴射频连接器之后的阻抗也是连续的，通过阻抗的参数来看数据还是相当“漂亮的”。其实不然.，通常我们的RF链路都是关注比较高的频段，其主要参数不仅仅只关注阻抗参数呀。我们再来看一下下面的几组数据对比。

      通常情况下我们在射频布线的时候会在微带线两边的GND平面打上伴地过孔。射频板上一般是满眼望去，都是地孔。加地孔，在信号的传输上可以缩短信号的回流路径，还可以增强EMI 功能（就是防止干扰别人以及被别人干扰。）那地孔一般怎么添加？在空间足够情况下至少遵循λ/4 gap 的规则。

      下面我们分别加了两种不同类型的过孔gap形式：6mm gap的伴地过孔和1mm gap的地过孔，具体模型如下图所示。

图7  6mm 间距地过孔的RF微带线装配同轴射频连接器模型

图8  1mm 间距地过孔的RF微带线装配同轴射频连接器模型

      经过对图7和图8 的3D模型仿真计算后，加上之前的图4的仿真数据，我们可以得到下面的仿真结果。 

图9  不同间距地过孔的RF微带线装配同轴射频连接器仿真结果

      三种不同情况的仿真数据可以看出RF微带线装配同轴射频连接器在添加伴地过孔之后，回波损耗在高频段（12GHz）有较好的效果，插入损耗在5GHz之前都是一致的，但是在5G之后就慢慢的拉开的差距。

      通过上面的仿真结果建议在布线时在空间足够的情况下至少添加四分之一波长的地过孔。在GND平面的空白地方也建议添加过孔矩阵来减少EMI和谐振的影响。可以参考下图的效果来layout。

图10  推荐RF微带线装配同轴射频连接器layout图

      那么当装配上同轴射频连接器之后，还有哪些“坑”来避让呢。

图11  RF微带线装配同轴射频连接器装配处的放大图

      第一种就是通常情况下在同轴射频连接器和微带线带装配的位置处阻抗是过低的，可以通过采用渐变线，两边铜皮gap变小，第二层挖空距离增大等方法来拉高同轴射频连接器和微带线带装配位置的阻抗，达到阻抗一致的目的。

图12  RF同轴射频连接器PAD处理放大图

      第二种就是同轴射频连接器的pad位置没有很好的处理，建议在连接器pad添加了一定数量的地过孔，来缩短连接器的信号回流路径。

      图13  RF同轴射频连接器PCB板边处理放大图

      第三种就是我们经常忽略的一种，那就是PCB的设计习惯问题，没有考虑到同轴射频连接器的装配。我们通常在layout的时候会留20mil左右的铜皮到板边安全间距，有时候板厂也会“好心“的帮你处理这个板边安全间距，正是因为这个安全间距导致了同轴射频连接器的阻抗偏高。 

图14    图13对应RF同轴射频连接器阻抗仿真结果

      当我们把同轴射频连接器的pad移到板框边缘之后这个突出的阻抗部分就可以压下来的。处理效果图和仿真结果如下所示。

图15  RF同轴射频连接器PCB板边处理放大图

图16  图14对应RF同轴射频连接器阻抗仿真结果

      以上就是这次分享的RF射频走线装配同轴射频连接器遇到的几个“坑”。关于RF射频走线装配同轴射频连接器的小细节，很多人都忽视了，在以前的在1Gbps、5Gbps的速率下，一些小的瑕疵我们可以忽略掉，实测出来的结果都不会差。但是现在都到了5G的高速率时代，到了20Gbps、40Gbps速率下，随着信号上升时间的越来越短，客户对产品要求越来越高，任何一个小的细节就可能导致你产品的性能无法达到客户要求。只有更加的注重设计的小细节，产品的性能就会越来越好，你说是不是这个道理？