揭秘PCB走線設計黑洞：仿真視角下挑戰(zhàn)，工程師與PCB設計師必看！

高速先生成員--黃剛

Deepseek的熱度不知道大家覺得過了沒有哦，但是總不能每期文章都去問它吧，問多了服務器就繁忙啦！不過大家也放心哈，不用deepseek，高速先生也是可以寫文章的。很多粉絲都在“吐槽”說高速先生不怎么寫射頻設計相關的文章，或者是通過學習我們分享的很多高速數(shù)字信號的文章大家都已經(jīng)融會貫通了？真是這樣的話，我們也會感到開心。在之前有寫過的一些射頻類的文章中，我們也多次提到數(shù)字信號和射頻信號在設計的邏輯上是不一樣的。數(shù)字信號以“0”和“1”作為判斷，中間是有很多裕量的。用我們熟知的高速串行信號舉例，例如全通道損耗要求20dB，那么你設計5dB和10dB的鏈路對于功能來說都沒問題，那么5dB的設計和10dB的設計我們可以認為都是一樣的。但是射頻信號則不是，射頻走線測試出來衰減是2dB，那它就是比測出來2.5dB要好。衰減大了，對射頻信號的接收就是會變差。因此射頻信號不存在所謂的裕量之說。更直白來說，那就是：沒有最好，只有更好！ 突然想到一個很好的比喻，數(shù)字信號設計就好像在外面考證書，60分及格就ok了，而射頻信號設計就好像學校的學生考試一樣，你們說卷不卷！

罷了罷了，說回正題吧。下面我們舉一個例子來體會一下射頻信號的設計卷度。下面的某個我們合作客戶的射頻項目，鏈路中含有各種衰減、放大、匹配、開關鏈路，通過表層走線進行連接，實現(xiàn)最終的功能。鏈路工作的頻率超過20GHz，算是比較高頻的射頻信號了。該設計的表層線寬20mil左右，因為寬走線衰減才小嘛。根據(jù)器件的布局位置，走線肯定就需要各種拐角了。

當然，今天我們重點說的就是走線拐角的設計區(qū)別。當然，前面的一些文章已經(jīng)說過，射頻信號做圓弧拐角在高頻的效果是最好的。就像上圖的設計一樣，各種拐角都已經(jīng)按照圓弧的方式來設計了。既然這樣，那還有啥可以卷的呢？有，當然有，大家細細看上圖黃色高亮的表層走線拐角方式，是不是發(fā)現(xiàn)拐角之間也有區(qū)別哈。

是的，圓弧拐角的半徑是不同的。高速先生不會是想說，用圓弧來拐個角，半徑不一樣也有性能區(qū)別吧？根據(jù)這個項目，高速先生提取其中一段圓弧拐角走線來研究下，那肯定就是要建不同拐角半徑的3D模型啦。我們建了一個不同拐角半徑的走線模型，半徑從20mil到100mil的變化，當然，為了能看到拐角對走線性能的影響，我們肯定是保證不同拐角走線的走線總長度是一樣的。

如下所示：

那到底仿真結果的區(qū)別大不大呢？以下是不同拐角半徑的掃描結果，我們來看幾個關鍵的射頻指標。首先是駐波比，可以看到，拐角越小的在高頻的駐波比就越差，20mil拐角在30GHz的駐波比超過了1.3。

然后再看看這段走線的衰減結果，在高頻也慢慢呈現(xiàn)出區(qū)別。僅僅這一小段的表層走線，20mil的拐角在30GHz能惡化0.2dB，這個是一個很大的惡化了。

那為什么拐角半徑小了，會那么影響高頻性能呢？我們來看看在高頻時20mil半徑拐角和100mil半徑拐角的電場圖，應該可以發(fā)現(xiàn)問題。

首先是20mil拐角的電場圖，如下所示：

然后再看看100mil拐角的電場圖，如下所示：

對比發(fā)現(xiàn)，在拐角的位置，20mil的case電場有發(fā)生明顯的扭曲，100mil就基本上和直線情況沒有區(qū)別。有扭曲就說明等效電容和等效電感在拐角的位置發(fā)生了變化。用更容易理解的話來說，那就是TDR阻抗發(fā)生了變化。我們可以從不同拐角的TDR阻抗對比也能明顯發(fā)現(xiàn)這一點。

是不是突然覺得射頻工程師真不容易，就這么一個小小的走線拐角細節(jié)都能玩出花來。事實上，射頻的PCB設計由于它的特殊性，例如大多是表層走線，而且大多線寬還很寬，就是受到很多平時不太關注的設計細節(jié)的影響。如果大家覺得這個文章戳中了你們的軟肋的話，就記得多轉發(fā)，讓更多的人受傷哈！我們看看受眾面的情況，確定在接下來的文章中要不要隔三差五寫點射頻設計影響的類似文章?？雌饋磉€是做高速數(shù)字信號設計來得容易啊，繼續(xù)干活去了哈！

問題：要是你們來做這個射頻拐角的PCB設計，有什么好的設計技巧和方法呢？