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如何理解PCB上放置尽可能多的通孔?

PCB线路板打样

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我无法找到解释为什么人们想要沿着铜迹线(或PCB上的任何地方)放置尽可能多的通孔(~50),这些通孔传输高频RF(100 MHz至GHz)信号。

在我的情况下,我的电路板两侧有两个地平面(倾倒)。我的直觉是,不管怎样,通过过孔,你在两个地平面之间产生了一个相互接地,这样就没有信号从沿着PCB边缘从顶部接地平面传递到底部接地平面。

这是因为PCB周边就像是RF泄漏电流的环路。为了最小化感应电流环,必须提供“快捷方式”,以便两个平面可以直接接触?我对吗?

它与阻抗有关。对于高频信号,如果必须长距离地从一块GND铜走到另一块GND铜,它将经历高阻抗,因此可能产生电压。换句话说,对于高频,除非存在短路径,否则GND不是真正的GND。因此,有时您需要添加过孔以将不同的GND铜线缝合在一起。 

@mkeith很好解释 - 我想你应该回答这个问题。哦,也许还可以补充一下,它有时会在痕迹周围形成一个地面“笼子”(用于屏蔽)。 

@mkeith为什么更高频率的阻抗更高,这被称为趋肤效应,表面上的涡流减少了电流流动的趋肤深度?  

@JonathanS。它形成一个笼子,是因为所有附近的杂散电流或场只影响底部地平面?  

我觉得一流的答案对我来说太过分了。我有工作和家庭。基本思想是,如果返回电流必须沿着长路径或绕过某些东西,则存在电感,并且即使路径的直流电阻低,该路径在高频处的阻抗也将很高

你实际上在谈论两件截然不同的事情。其中一个是通过缝合,是一种网格状的过孔图案,您可能会看到连接两个地平面。

另一个是通过栅栏,是完全围绕所有侧面的RF迹线的过孔,除了可以终止于天线或类似物的末端。

现在,在任何 PCB上,无论是携带DC还是5GHz信号,都可以将地平面与某种常规模式(在合理范围内,您可以根据自己的喜好做到这一点)拼接在一起。它确保任何可能未被注意到的铜岛实际上都接地(它发生在我们最好的地方),确保一切都有尽可能短的接地路径,并且通常将地面保持为地面。

现在,地面在高频时不是特别有用的概念。即使在DC,也有地面返回电流流过你的地平面,铜确实有一点阻力。地面只是一个幻想,没有任何神奇的铜板在每个点都具有相同的潜力。接地只是意味着我们试图保持接近相同的电位,并取得不同程度的成功,并选择此电位作为我们电路其余部分的0V参考电压。

然而,只要任何电流开始流动,它就会在铜流过的电流上产生电压,既可以将电流扩散出去,也可以使我们的地面“反弹”,这取决于PCB的哪个部分你看着,而且......没有任何东西真的有同样的潜力。即使是地面。通过缝合被认为是一种“最佳实践”,并且通过低成本的方式确保地面在地面的一部分与另一部分之间的电压电势等方面更紧密地耦合等。

就像他们说的那样,你永远不会有太多的接地引脚。它也适用于接地过孔。

过孔的另一个重要用途是热性能。Vias作为相当好的导热体,肯定比FR4好得多。每当过孔用于热性能时,您通常会看到它们的包装尽可能合理,覆盖了一块铜板,当电路板通电时,铜板会被烧坏。即使在更适度的需求中,几乎总是优选的是具有比较少的热耦合更紧密的PCB。如果PCB上的温度更相似,那么所有随温度漂移的东西(几乎是电路板上的所有东西)都会漂移在一起。

现在,对于RF板,情况有所不同。换句话说,返回电流不再真正给你的地平面留下了麻烦。在低频时,我们的接地回路电流有点扩散,并采用最短的几何路径到达最低点的电位(使我们的地平面接地的东西,就像电源的地面,电池一样)。

在均匀的适度频率下,接地返回电流由阻抗的无功分量控制。复阻抗的电抗(虚部)是阻抗的量度,这是由于电路中的各种元素以给定的速率存储能量,与电阻(实际)分量相反,电阻(实际)分量只是由能量消耗引起的阻抗。一定的比率。

电抗是频率相关的,因为存储的能量不仅仅消失了,它将返回到电路中,事物摆动的速度将决定在它到达之前存储多少时间(以及因此需要多少能量)随着下一个摆动而释放。

电抗始终归因于存储在电场中或磁场中的两种能量。并且电容和电感仅仅是衡量在电场或磁场中存储能量的能力的量度。现在一切都开始走到了一起,你不是吗?

电流将遵循阻抗最小的路径。随着频率的增加,我们的返回电流越来越需要最小化正电流和接地返回电流之间形成的电感和电容。它希望最小化能够在寄生物中存储多少能量。

我们的接地电流将尽可能地在原始电流的路径下直接流动。

正如您所看到的,100MHz对我们提供的漂亮的短接地路径不感兴趣。事实上,它完全忽略了它们。

这就是为什么射频板上的通孔缝合和围栏完全不同于与地面相关或保持良好地电位的原因。是的,我终于要回答你的问题!

我们通常称为无线电波的亚~300GHz范围的电磁波是电荷载流子加速的结果。无论何时加速任何电荷载流子,都会发出电磁波,由于某些超出此范围的严重物理学,它会包含一点能量,动量和角动量,并且辐射恰到好处以保存它们。当然,它可以与远距离电荷载流子相互作用,并且该动量,角动量和能量可以被传递回其他电荷载流子,从而使它们加速。当然,这是所有无线电技术的物理基础。

对于要加速的电荷载体,必须是移动的。换句话说,我们需要指挥。

这里可怕的事实是,所有导电的东西都是天线,并且很快就会辐射和拾取几乎所有频率足够高的频率,以使波长足够小以适合所述导体。

我们唯一真正的防御措施是使我们所有的导电路径都太短而不能在感兴趣的频率上成为有效的散热器。

因此,最佳做法是在RF板上切换任何铜浇注,其中过孔间距至少为目标最高频率的λ/ 10的λ/ 10,即λ/ 10。最小。如果可能,您真的希望以网格模式瞄准过孔中的λ/ 20间距。

这将我们带到最可怕的部分,可以说是最重要的刺激因素和通过栅栏背后的主要推动力:一切都不是电荷载体的指挥......

......是一个很棒的电磁波导体。

这是正确的,我们称之为绝缘体,电介质的所有东西,包括真空或漂亮的PTFE电线绝缘层或我们PCB的FR4层压板 - 它们都是导体用于电流,但用于电磁波。它们是电磁波的导体。另一方面,导体是电磁波的绝缘体(反射器可能是更好的类比)。

如果你有有线电视或互联网,你就熟悉那些携带它的75ΩRG6或RG59同轴电缆并让它工作。看一下横截面,您会看到屏蔽编织层和单个中心导体之间的白色材料。那是介电泡沫。沿着该电缆传输的信号不是由铜导体承载的,它们由白色泡沫携带。同轴电缆不是常规的旧导电电缆。同轴电缆是波导。

当频率变得足够高以至于波长与PCB上的铜特征大小相似时,你必须打一场持久的战斗,以便将所有这些电磁波瓶装起来并移动到你希望它们去的地方而不是你不去的地方。并且他们将愉快地穿过你的PCB的美味介电芯,由FR4制成,一直到电路板的侧面,像地狱般的小摇摆蝙蝠一样散发出来。

你的两架地面飞机将成为优秀的波导!它们会在离开电路板一侧的途中在它们之间反弹,并且可能直接进入FCC认证中使用的RF测量设备,您将要失败。

因此,我们铺设的通孔网格间隔比我们需要担心的最短波长更紧密。不小于λ/ 10,但更好的λ/ 20。就像微波炉门上的栅格一样,这些过孔包装得太紧,这些波浪不会泄漏出来。

通过击剑是出于同样的原因,但通常是因为我们实际上是在试图辐射一些波浪,但是我们希望将它们装瓶,直到它们可以通过某种天线特征或我们想要的任何方式逃脱。通常情况下,通过栅栏也可以作为波导的外部部分,如果您愿意,也可以像平面同轴电缆一样。除了仔细计算的微带剥离尺寸之外,间隙也很重要。

无论如何,最后回答你的问题:所有这些过滤都是为了保持晃动。
编辑:hfy

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