La progettazione PCB nel campo RF

Nel campo dei segnali a radiofrequenza (RF), la lunghezza d'onda del segnale può essere paragonabile alle dimensioni fisiche delle tracce dei circuiti stampati, con effetti secondari non del tutto trascurabili come nel caso di bassa frequenza. I modelli parametrici di progettazione devono seguire alcuni concetti importanti per evitare riflessioni di segnale tale da provocare una perdita significativa nel trasferimento di potenza tra i vari stadi di design. In questi casi l’adattamento di impedenza è un fattore critico, così come le interferenze elettromagnetiche e i vari accoppiamenti capacitivi e induttivi tra gli elementi che possono alterare significativamente le prestazioni del circuito. In questo articolo analizzeremo in una visione generale alcune regole di progettazione per i dispositivi RF.

Introduzione

La progettazione di un layout RF segue alcune regole generali, in particolare la separazione fisica tra amplificatori ad alta potenza RF (HPA) da quelli a basso rumore (LNA); il fatto di assicurarsi che ci sia almeno un piano di massa senza partizioni; l’utilizzo di tecniche di disaccoppiamento per l’alimentazione e chip; e la disposizione di segnali analogici sensibili ben lontani dai segnali digitali ad alta velocità così come quelli a radiofrequenza. Uno dei teoremi di matching afferma che la massima potenza viene trasferita quando la resistenza interna della sorgente è uguale a quella del carico. Questo concetto, esteso nel campo AC, afferma che per ottenere il massimo trasferimento di potenza l'impedenza di carico deve essere il complesso coniugato di quella relativa alla sorgente. La massimizzazione del carico quindi è importante per ottenere il massimo trasferimento di potenza evitando perdite e distorsioni di segnale. Le tracce del PCB devono essere attentamente progettate in funzione della lunghezza d’onda del segnale. L'impedenza di ciascuna di essa a frequenza RF dipende dallo spessore della traccia stessa, la sua altezza sul piano di massa, la costante dielettrica e la perdita di materiale dielettrico. Un semplice calcolo può essere eseguito considerando lo spessore t in un rapporto rispetto all’altezza h del tipo t / h <0.005 e w / h <1, dove w è lo spessore della traccia; in queste condizioni l'impedenza della traccia può essere calcolata con la seguente formula:

con

Dove ε_r è la costante del materiale, mentre ε_eff è quella effettiva (Figura 1).

Figura 1: schema generale di una microstrip PCB

I layout PCB nel campo RF [...]

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