印刷电路板滤波器最佳布线之研究
A Methodology of Filter for Optimal PCB in Layout Problem
Chaw-Chia Huang(黄朝嘉)
德霖技术学院 chawhuang@mail.dlit.edu.tw
Xi-Ming Chen(陈锡铭)
德霖技术学院 chensimn@ ee.dlit.edu.tw
摘要
印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)被应用 在高速高频讯号时,布线之技巧扮演了重要的 角色,尤其是网通 3G 通讯与数位讯号处理之 应用更倍受重视.本文将以实务探讨 PCB 设计 有利於讯号的传输之处理方式,因此除了要讨 论 PCB 因阻抗匹配不良造成反射耗损的问题 外,有关电源的品质与印刷电路板实务相关的 设计如尺寸,元件之排列等皆为制造电子电路 板值得注意的项目.为消除杂讯干扰电源供应 成分所引起电路之误动作,不同於以往的研 究,本文以 PCB 实作来设计滤波器将高频分量 衰减达 35dB 以上,频宽达 2.45GHz,另一项优 点是滤波器可在 PCB 布线时埋藏於多层电路板 的电源层内,可以有效消除高频通讯板上电源 寄生的杂讯造成电磁波之潜在辐射能.本研究 己针对多款手机之电磁场辐射进行量测,取得 分布及量化,以利最小尺寸手机元件排列的参 考及 PCB 布线之设计.本研究以 NOKIA 系列 之电路进行模拟布线,并且从统计的观念找出 PCB 外观尺寸的最佳值. 关键词―印刷电路板,电磁场辐射,滤波器 各项参数都会影响元件抑制杂讯之能力,间接 改变电路收发灵敏度及信号清晰度等,尤其在 设计超高频通讯板时布线元件的排列,铜箔图 样的规划,将造成功率消耗及辐射能之扩散现 象.印刷电路板电源铜轨的设计需依赖有经验 的布线工程师才能作出最佳的设计[4],铜箔 走线的规格虽差异很大,但容易受 60Hz 或高 频杂讯干扰,尤其是高速的开关切换动作造成 杂讯遍布於低电源铜箔走线的严重性在通讯 用印刷电路板上清晰可见.为了取得较佳的电 气特性,本计画提出利用环形功率分配器加上 微带传输线[5,6]的耦合将射频与电磁波的分 量抑制,以减轻电源供应器遭受潜在的干扰, 让主被动元件可获得低干扰杂讯的电源.藉由 业界的多款手机量测通讯印刷电路板辐射量 的分布可以找出射频电磁场与 PCB 布线之相 关特性.手机所产生的热效应对人体健康的影 响 程 度需 要 大 量 的 样 本 长 期 观 察 才 能 有 定 论,通讯领域之 PCB 布线技术困难度最高,但 实务上最佳布线[2]应可克服在 EMI /EMC 技 术层次上所面临的问题点,且高频超高频电路 的测试规范(Guide Line)[3]也最严格,最佳布 线的内容应包括最小尺寸之印刷电路板,最少 杂讯串音干扰与辐射等.
一,绪论
印刷电路板制造之加工及测试与布线有非常 密切的关系,从通讯高频以上电路布线的角度 来看,除了阻抗匹配外,电路板的尺寸与材质
1
二,PCB 最佳布线参数的分析
基本上分二部份:(1)试作一高频振荡电路,利 用通讯法的滤波器设计电源供应铜箔图样,以 Ensenble 模拟软体调整铜箔导线宽 w,铜箔面 的厚度 t,及印刷电路板材质的高度 h 等参数. 已知介电常数 ε r 及有效介面常数铜箔面 ε reff 为 固定,找出最佳响应使中心频率 2.45GHz,半 功率的衰减值为 35dB 以上, 且保持阻抗匹配为 50 规格.(2) 以手机之 PCB 为例,著手量测 通讯板电磁场及分析杂讯含量,采用 TESTDRIVE 之布线软体依统计方式找出设定 最佳布线参数的相关值.利用量测 PCB 板接收 不同频率电磁波下所获得的表面反射系数可找 出最佳的布线层数,并藉由散数值了解内部结 构特性,因为过去设计通讯用的 PCB 之厚度及 参数都是根据经验值,采用 S.Gutman[1]反射 系数值之最小值取得 PCB 布线时之相关系数. 假设 D R 其中 R 为圆半径
2
测量最佳的 PCB 层数或厚度有实质之困难, 理由是无法获取稳定的预估值且也不实际, 因为手机通讯板所接收的频率或散布在空间 的电磁波为多频,所以在频谱仪量测下以有 限的波数 P 对应不同的 k 0( p ) 所找到的 PCB 层 数及厚度相关 RF 元件布线位置及反射系数 就更有意义,PCB 反射系数应用之实际技术 在远场可假设 m=1 但如果考虑近场效应下幅 射是以对称向四面八方均量发散的,所以只 要资料取自单向以垂直 PCB 90(正向)为量测 轴就可以了.利用多层单联连接法(MSLM), 可得理想 N 层数趋近於 3.45,因为手机通话 与待机辐射均量有明显差异,方程式

下一页