簡介
如今的電子產品已經不再像上世紀 70 年代的電視和電冰箱一樣，消費者每隔十年才更新換代一次。現在幾乎每個家庭的每位元成員都是電子產品的消費者，而且隨著科技發展不斷為智慧手機、平板電腦、汽車和電視帶來各種人們消費得起的新功能，人們每年都會購買新產品。
這些電子產品的共同特徵之一是採用無線技術，而該技術極度依賴於射頻電路。遺憾的是，即使是最自信的設計人員，對於射頻電路也往往望而卻步，因為它會帶來巨大的設計挑戰，並且需要專業的設計和分析工具。正因為如此，許多年來，PCB 的射頻部分一直是由擁有射頻設計專長的獨立設計人員完成設計。
為什麼設計射頻和微波 PCB 設計的難度如此之大？
該設計過程中出現的問題非常多，並且可能對品質和生產率造成嚴重影響。例如，將一名設計人員的射頻電路嵌入到其他設計人員的 PCB 時，由於他們往往使用不同的設計格式，因此效率必然大打折扣。
此外，設計人員還經常被迫在設計中做出更改，以便配合使用射頻電路。由於模擬往往是在射頻電路中進行的，而不是在整個 PCB 的背景下進行，因此可能會遺漏電路板對射頻電路產生的顯著影響，反之亦然。
隨著射頻內容不斷增加，PCB 設計人員和工程師意識到，為提高生產率和產品品質，最好由他們在自己的設計工具內自行解決射頻設計挑戰。遺憾的是，大多數桌面 PCB 設計工具並不能幫助他們簡化這一任務。
例如，在使用射頻模擬器對電路建模後，一旦達到所需的電氣性能，模擬器就會生成此電路的銅皮形狀表示（通常為 DXF 格式），以便導入到 PCB 設計工具中。此過程往往會給設計人員帶來一些困擾，例如由於無法正確轉換 DXF 檔而導致不能將其轉換為銅皮形狀。這種情況下，設計人員需要手動操作導入的 DXF 檔，而這可能會在形狀尺寸方面引入人為錯誤和誤差，從而導致射頻電路失效。
PCB 設計人員或工程師在嘗試對射頻和微波電路進行 Layout 設計時面臨的挑戰還遠遠不止上述幾條。不過，好在您的設計工具中有一些小型解決方案在化解上述挑戰方面可發揮重要作用。本白皮書將為您介紹六條技巧，來幫助您簡化任何射頻 PCB 設計任務和減輕工作壓力！
1. 保持完好、精確的射頻形狀
類似前面描述的一些嚴重錯誤可能導致電路性能低下，甚至無法工作。為了儘量減少錯誤、簡化射頻設計任務以及提高生產率，PCB 設計工具可以針對複雜的銅皮形狀提供導入控制。例如，您可以通過控制DXF 檔中的層，並將其重新映射至 CAD 電氣系統層，來創建可用的銅皮形狀。
圖 1：設計工具如果允許用戶控制 DXF 導入過程，將有助於減少人為錯誤和誤差，例如在由於複雜性過高而導致導入的檔無法轉換為銅皮形狀時。
2. 保留尖拐角
設計用於射頻和微波的銅皮形狀時，一個很重要的方面是能夠創建帶尖拐角的 Gerber 檔。優秀的 PCB設計工具可以簡化這一過程。例如，使用 50 毫米線條繪製形狀與使用 50 毫米圓形光圈繪圖相比，往往令設計具有較小的半徑。設計工具在創建 Gerber 檔時，可通過正確地自動轉換線條寬度來獲得尖拐角。
圖 2：有效的 PCB 設計工具會自動考慮用於繪製形狀的線型，以計算準確的線條寬度，幫助您輕鬆創建尖拐角。
3. 自動生成倒角
射頻和微波電路中經常用到倒角，以減小饋線與電容器之間的分段不連續性電抗，從而改善 MMIC 的頻率性能。90º 拐角與倒角之間的距離至關重要。因此，設計人員需要採用自動方法來基於設計指定需要生成的倒角比率。PCB 設計工具如果能夠基於設計規則自動強制實施需要生成的倒角比率，設計人員和工程師將會從中受益，在節省時間的同時提高設計品質。
圖 3：設置倒角規則的功能可以簡化設計過程和節省時間。
4. 使用自動化方法有助於佈置共面波導和通道波導
共面波導和通道波導在射頻和微波設計中也很常見。採取手動方式創建時，此項任務可能非常耗時，而且容易出錯。設計人員需要控制走線與過孔之間的特定距離，以及一個過孔與另一個過孔之間的距離，從而確保電路具有符合設計要求的性能。設計工具在這方面也能提供幫助，即通過提供過孔使用控制和自動使用過孔來降低複雜性和提高品質。
圖 4：PCB 設計工具如果能夠控制共面波導和波導過孔的創建，將有助於顯著減少設計錯誤和縮短設計階段。
5. 使用自動縫合孔
射頻設計的另一個重要方面是確保正確地遮罩帶過孔的區域。儘管此任務可由設計人員手動進行，但這個過程極其耗時。如果 PCB 設計工具能夠自動完成此過程，將可以縮短設計週期時間並確保符合您的所有設計規則。利用此類工具，設計人員可以指定過孔模式生成規則，而將剩餘的工作全部交由 PCB 設計工具完成。
6. 使用設計規則確保“設計即正確”
支援射頻設計的 PCB 設計工具通常允許設置多項設計規則：用於不同銅皮區域的過孔類型；過孔自身需要連接到的網路類型；從銅皮區域邊緣到過孔需要保持的距離；一個過孔到下一個過孔的距離；過孔模式類型；以及能否僅僅通過向銅皮區域的外緣添加過孔來生成法拉第籠。
圖 5：利用支援射頻設計的 PCB 設計工具，您可以設置用於生成過孔模式的設計規則，並自動在您的設計中強制實施這些規則，從而節省您的時間和確保符合您的所有設計規則。
結論
當今的設計人員和工程師面臨著日益加劇的設計挑戰，因此很有必要擁有一款能夠高效支持射頻和微波設計的 PCB 設計工具。手動創建複雜的銅皮形狀、倒角和過孔模式是一個既耗時又容易出錯的過程。通過使用有效的設計工具提高操作射頻和微波元素的能力，設計人員可以集中精力實施更多功能和縮小設備尺寸，同時保持較高的產品品質。
Mentor Graphics 推出的適用於電腦桌面版 PCB 設計的個人自動化設計系統 PADS，針對射頻和微波設計提供了以下增強支援：複雜銅皮形狀和走線幾何形狀的直接 DXF 導入，用於通道/共面波導設計的過孔遮罩，用於任意銅皮形狀的自動過孔填充，以及倒拐角或方拐角支持。這些多樣化的功能可以幫助您輕鬆應對各種射頻和微波設計挑戰，從而節省時間和提高設計精度。
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