Разводка ВЧ-части печатной платы

Радиочип с хорошей чувствительностью легко испортить разводкой: длинная дорожка без опорной земли, кварц рядом с антенной или медь под печатной антенной стоят децибелы, которые не вернуть настройками. Собрали правила из руководств по проектированию Espressif и Texas Instruments — стек, линия 50 Ом, согласование, развязка, кварц, размещение модуля — и что из них следует в цифрах.

Обновлено 29 октября 2026 г.Редакция GAW

Содержание

Начните с референсного дизайна
Стек слоёв и опорная земля
Линия 50 Ом от чипа до антенны
Согласование: CLC у чипа и П-цепь у антенны
Питание и развязка
Кварц
Антенна и размещение модуля
Пример: насколько «длинная» ВЧ-дорожка
Частые ошибки

Разводка ВЧ-части — это размещение и трассировка всего, что находится между радиочипом и антенной, плюс цепей, которые могут попасть в радиотракт: питания чипа, кварца, быстрых цифровых линий. На частотах в сотни мегагерц и гигагерцы дорожка — уже не провод, а линия передачи, полигон земли — часть антенны, а соседний тактовый сигнал — источник помех прямо на входе приёмника. Правила ниже собраны из руководств производителей; их основа — повторить референсный дизайн и не нарушать четыре условия: опорная земля, линия 50 Ом, согласование и чистая зона антенны.

Коротко

Стек: 4 слоя: L2 — сплошная земля без дорожек
ВЧ-дорожка: 50 Ом, внешний слой, без переходных и ветвлений
Вдоль дорожки: земля по бокам и частые переходные
Согласование: CLC у вывода чипа и П-цепь у антенны
Кварц: не ближе 2 мм к выводу, без сигналов под ним
Антенна: на краю, без меди; 15 мм свободно в корпусе

Начните с референсного дизайна

Первое правило у всех производителей одинаковое: не изобретать. TI в описании CC1101 требует повторять референсный дизайн отладочного модуля — особенно размещение и номиналы конденсаторов развязки (SWRS061I, разд. 7.6), а печатную антенну — копировать точно, вместе с толщиной и материалом платы, импортируя контур из файла Gerber или DXF (AN058, разд. 4.1.1). Espressif предупреждает, что номиналы согласующей цепи зависят от платы и значения из модулей Espressif нельзя просто перенести на свою (ESP32-C3 Hardware Design Guidelines, разд. 1.3.6). Отсюда практический вывод: геометрию копируем, а номиналы согласования подбираем на своей плате и оставляем для этого площадки.

Стек слоёв и опорная земля

Для ESP32-C3 Espressif рекомендует четырёхслойную плату (разд. 1.4.1):

Слой	Что на нём
L1 (верх)	сигналы и компоненты, ВЧ-дорожка
L2	сплошная земля, никаких дорожек
L3 (питание)	питание и немного сигналов; под ВЧ-трактом и кварцем — сплошная земля
L4 (низ)	немного сигналов, компоненты не ставить

На двухслойной плате нижний слой оставляют почти пустым и без компонентов, а под чипом, ВЧ-трактом и кварцем должна быть сплошная земля. Почему земля так важна: обратный ток ВЧ-сигнала течёт в опорном слое прямо под дорожкой, и любой разрез под ней удлиняет путь тока, меняет волновое сопротивление и превращает линию в излучатель. Подробнее о стеках — в статье «Слои печатной платы», об обратном токе — в словарной статье «Обратный ток».

Разрез четырёхслойной платы под ВЧ-дорожкой: копланарная линия на L1 над сплошной землёй L2, переходные соединяют все слои земли

Линия 50 Ом от чипа до антенны

Требования Espressif к ВЧ-дорожке (разд. 1.4.4):

волновое сопротивление 50 Ом, опорный слой — соседний с верхним;
внешний слой без переходных: дорожка не меняет слой;
постоянная ширина, без ветвлений и отводов, как можно короче;
изгибы под 135° или дугой, без прямых углов;
плотный ряд переходных на землю вокруг дорожки — экран от помех;
под дорожкой на соседнем слое — сплошная земля, рядом — никаких быстрых сигналов.

Земляная медь по обе стороны от дорожки с переходными на землю превращает микрополосковую линию в копланарную линию с землёй снизу. Ширину и зазоры под 50 Ом для своего стека рассчитывает производитель плат с контролем импеданса или калькулятор микрополосковой линии (он не учитывает боковую землю — держите её подальше от дорожки, если считаете по нему).

ВЧ-тракт сверху: CLC у вывода чипа, короткая дорожка 50 Ом с землёй и переходными по бокам, П-цепь у антенны, антенна на краю над зоной без меди, кварц и цифровые линии — в стороне

Согласование: CLC у чипа и П-цепь у антенны

Espressif разделяет ВЧ-тракт на три части: дорожки, цепь согласования чипа и антенну с её цепью согласования (разд. 1.3.6). Цепь у чипа — CLC (П-образная: конденсатор, катушка, конденсатор) — ставят вплотную к выводу; она приводит импеданс к нужной точке и подавляет гармоники. Её настраивают так, чтобы со стороны чипа S11 был близок к сопряжённой точке 35 + j0 Ом, а затухание S21 на 4,8 и 7,2 ГГц — вторая и третья гармоники полосы 2,4 ГГц — было больше 35 дБ. В разводке: компоненты 0201 «зигзагом», чтобы два конденсатора не стояли параллельно друг другу, а к земляной площадке конденсатора со стороны чипа — шлейф длиной 15 mil (0,38 мм) с волновым сопротивлением 100 Ом ± 10 % для подавления второй гармоники. Опорный слой для шлейфа — третий: на втором слое (сплошной земле) область под шлейфом освобождают от меди; при компонентах 0402 и крупнее шлейф не нужен (разд. 1.4.4).

Цепь у антенны — ещё одна П-цепь у точки питания. Если антенна согласована, в последовательное место ставят перемычку 0 Ом, параллельные не устанавливают (AN058, разд. 3.4); у референсной антенны DN023 на 868/915 МГц места под один последовательный и два параллельных элемента предусмотрены прямо в дизайне. Espressif допускает обойтись без неё, только если 50 Ом в точке питания антенны гарантированы моделированием (разд. 1.3.6). Чтобы потом измерить согласование, AN058 советует отпаять антенну от тракта и припаять к точке питания полужёсткий коаксиальный кабель, оплётку — к земле как можно ближе к его концу (разд. 6.2.1): оставьте рядом с точкой питания открытую земляную площадку. О настройке по КСВ — в статье «Антенны».

Питание и развязка

Шум по питанию модулирует передатчик и попадает в приёмник, поэтому развязку ВЧ-выводов выполняют строже, чем у логики:

Каждый конденсатор — у своего вывода, со своими переходными на питание и на землю; питание идёт от слоя к конденсатору и только потом к выводу; соседние выводы питания не соединять напрямую (CC1101, SWRS061I, разд. 7.8).
Не резать землю под чипом и согласованием. TI запрещает трассировку в слое земли под чипом, под балуном и цепью согласования и между переходными чипа и конденсаторов.
ВЧ-выводы питания ESP32-C3 (выводы 2 и 3) — по 10 мкФ на каждый, параллельно 0,1 или 1 мкФ, рядом CLC- или LC-фильтр от гармоник; остальные компоненты фильтра — 0201, чтобы поставить их вплотную к выводам (разд. 1.4.2).
Центральная площадка чипа — не меньше девяти переходных на землю у ESP32-C3; у CC1101 в референсном дизайне 5 переходных, закрытых маской, чтобы припой не утекал при оплавлении.
Земляные выводы — полигоном, а не тонкими дорожками.

Общие правила размещения конденсаторов — в статье «Развязка питания на плате».

Кварц

Кварцевый генератор радиочипа задаёт несущую частоту, а его гармоники попадают в полосу приёма. Правила (ESP32-C3 HDG, разд. 1.4.3; CC1101, разд. 7.8):

кварц не ближе 2,0 мм к выводу тактирования, вокруг линии тактирования — частые переходные на землю;
на линиях кварца нет переходных, последовательные элементы — у чипа, нагрузочные конденсаторы — по сторонам кварца, их земля рядом с землёй кварца;
под кварцем не проходят сигналы, особенно быстрые; рядом нет крупных катушек;
антенну размещают подальше от кварца: Espressif приводит низкую чувствительность при хорошей передаче как типичный случай наводки гармоник кварца на антенну (разд. 1.4.9).

Антенна и размещение модуля

Зона антенны — самое частое место ошибок. Под печатной антенной и рядом с ней нет меди ни на одном слое; компоненты и землю не ставят у концов 2,4-гигагерцовой IFA (SWRU120) и держат не ближе 5 мм к сторонам антенны на 868/915 МГц (DN023). Подробно о типах антенн и их КПД — в статье «Антенны».

Если на плату ставится модуль с печатной антенной, Espressif рекомендует (разд. 1.4.7):

Вынести антенну модуля за край основной платы, точкой питания антенны к краю.
Если вынести нельзя — поставить модуль на край и вырезать основную плату по обе стороны и под антенной. Модуль в центре платы с вырезом вокруг антенны со всех четырёх сторон не рекомендуется.
Вокруг антенны в корпусе — не меньше 15 мм свободного пространства во всех направлениях.
Рядом с антенной на основной плате — достаточно земли и частых переходных.
Подальше от антенны — USB-разъём, преобразователь USB-UART, линии UART с переходными, контрольными точками и штырями; линию UART окружают землёй (разд. 1.4.4).

Зона без меди под антенной обозначена в даташите каждого модуля (например, ESP32-C3-WROOM-02 и ESP32-C3-MINI-1); у исполнений с разъёмом вместо антенны её нет.

Пример: насколько «длинная» ВЧ-дорожка

Наш расчёт калькулятором микрополосковой линии для FR-4 с εr = 4,4 и медью 35 мкм:

Стек	Ширина 50 Ом	εэфф	Длина волны в линии на 2,44 ГГц	λ/4
2 слоя, диэлектрик 1,5 мм	2,83 мм	3,30	67,6 мм	16,9 мм
4 слоя, препрег 0,2 мм	0,35 мм	3,18	68,9 мм	17,2 мм
4 слоя, препрег 0,1 мм	0,17 мм	3,09	69,9 мм	17,5 мм

Выводы. Во-первых, на двухслойной плате дорожка 50 Ом почти в 3 мм шириной — шире выводов любой микросхемы и площадок 0201; поэтому радиочасть удобнее делать на четырёх слоях. Во-вторых, четверть волны в линии на 2,4 ГГц — около 17 мм: дорожка в 1–2 см уже сравнима с длиной волны, и любое рассогласование на её концах превращает её в трансформатор импеданса. Отсюда требование делать ВЧ-дорожку короткой, а согласование ставить у самого вывода и у самой антенны. В-третьих, εr у FR-4 разных марок разная, поэтому для серийной платы ширину под 50 Ом заказывают у производителя под его стек — см. контролируемый импеданс.

Частые ошибки

Разрез земли под ВЧ-дорожкой или дорожка на L2 под ней — линия перестаёт быть 50-омной и излучает.
Переход ВЧ-дорожки на другой слой. Каждый переход — неоднородность; Espressif требует вести тракт по внешнему слою без переходных.
Нет площадок под согласование. Расстройку антенны корпусом нечем исправить.
Номиналы согласования «как в модуле». Они рассчитаны на чужую плату; подбирайте по измерениям на своей.
Кварц рядом с антенной или сигналы под кварцем — хорошая передача, но плохая чувствительность.
Модуль в середине платы. Земля основной платы под антенной модуля расстраивает её и съедает излучение.
Пластик и металл вплотную к антенне. Держите 15 мм свободного пространства и проверяйте дальность в готовом корпусе.
Один конденсатор развязки на несколько выводов с общей переходной — шум питания попадает из одного блока чипа в другой.

Частые вопросы

Какой ширины делать дорожку 50 Ом к антенне?

Зависит от расстояния до опорного слоя земли и материала. Наш расчёт для FR-4 (εr = 4,4, медь 35 мкм) калькулятором микрополосковой линии: на двухслойной плате с диэлектриком 1,5 мм — около 2,8 мм, на четырёхслойной с препрегом 0,2 мм под верхним слоем — около 0,35 мм. Поэтому ВЧ-тракт удобнее вести на четырёхслойной плате, а точную ширину под свой стек и гарантию импеданса берут у производителя плат.

Можно ли развести радио на двухслойной плате?

Можно, Espressif описывает и двухслойный вариант: нижний слой почти без дорожек и без компонентов, сплошная земля под чипом, ВЧ-трактом и кварцем. Но дорожка 50 Ом над землёй через 1,5 мм получается шириной около 2,8 мм, поэтому её делают максимально короткой или используют копланарную линию с землёй по бокам. Проще всего поставить готовый модуль с антенной и соблюсти зону под ней.

Нужна ли цепь согласования, если у меня готовый модуль?

Между чипом и антенной внутри модуля всё уже согласовано производителем. Цепь нужна, если модуль с разъёмом и вы ведёте дорожку к своей антенне или если антенна своя на плате: импеданс печатной антенны зависит от земли, корпуса и окружения, и без площадок под П-цепь исправить расстройку можно будет только переделкой платы.

Зачем переходные отверстия вдоль ВЧ-дорожки?

Они соединяют земляную медь по бокам дорожки на верхнем слое со сплошной землёй под ней, чтобы боковая медь была землёй, а не плавающими островками, которые резонируют и переизлучают. Espressif требует плотного ряда переходных на землю вокруг ВЧ-дорожки для экранирования от помех; TI заливает свободные места верхнего слоя землёй с несколькими переходными.

Источники

Espressif Systems. ESP32-C3 Hardware Design Guidelines, Release master (26 October 2026) — разд. 1.3.6: ВЧ-тракт — дорожки 50 Ом, цепь согласования CLC у чипа (подстройка импеданса и подавление гармоник), CLC у антенны рекомендуется; параметры согласования зависят от платы, значения из модулей Espressif напрямую не переносятся; цель настройки — S11 у точки 35 + j0 Ом и S21 меньше −35 дБ на 4,8 и 7,2 ГГц; разд. 1.4.1: четыре слоя — L1 сигналы и компоненты, L2 сплошная земля без дорожек, L3 питание с землёй под ВЧ и кварцем, L4 редкие сигналы без компонентов; на двух слоях — сплошная земля под чипом, ВЧ и кварцем; разд. 1.4.2: 10 мкФ на ВЧ-выводы питания, CLC/LC-фильтр у них, компоненты 0201, не меньше девяти переходных под центральной площадкой, земляные площадки — полигоном, а не дорожками; разд. 1.4.3: кварц не ближе 2,0 мм к выводу тактирования, без переходных на линиях кварца, без сигналов под кварцем, переходные на землю вокруг; разд. 1.4.4: ВЧ-дорожка 50 Ом на внешнем слое над соседним сплошным слоем земли, без переходных и ветвлений, изгибы 135° или дугой, частые переходные на землю вокруг, CLC из 0201 у вывода «зигзагом», шлейф 15 mil на 100 Ом ± 10 % у заземляемого конденсатора для подавления второй гармоники, опорный слой шлейфа — L3, под ним на L2 медь вырезана (для 0402 и крупнее не нужен), антенна подальше от кварца, USB, UART и быстрых тактов; разд. 1.4.7: печатную антенну модуля выносить за край основной платы или вырезать плату под ней, не меньше 15 мм свободного пространства в корпусе во все стороны; разд. 1.4.9: типичные проблемы — плохая передача из-за кварца, неверная мощность и EVM из-за рассогласования, низкая чувствительность из-за наводок на антенну
Espressif Systems. ESP32-S3 Hardware Design Guidelines, Release master (26 October 2026) — те же требования к ВЧ-тракту, согласованию (S11 у 35 + j0 Ом, S21 меньше −35 дБ на 4,8 и 7,2 ГГц), кварцу (2,0 мм) и зазору 15 мм вокруг антенны в корпусе
Texas Instruments. CC1101 Low-Power Sub-1 GHz RF Transceiver (SWRS061I, 2013) — разд. 7.6: развязка питания у самых выводов, повторять референсный дизайн CC1101EM; разд. 7.8: верхний слой — сигналы, свободные места залиты землёй с переходными; площадка под чипом соединена с нижней землёй несколькими переходными, в референсном дизайне 5 переходных закрыты маской; каждый конденсатор развязки — как можно ближе к своему выводу, со своими переходными на питание и на землю; не соединять соседние выводы питания напрямую; не трассировать в слое земли под чипом и цепью согласования; не вести цифровые сигналы с крутыми фронтами рядом с XOSC_Q1 и под кварцем; компоненты 0402
Texas Instruments. AN058 Antenna Selection Guide (SWRA161B, 2010) — разд. 3.4: П-цепь у антенны, при хорошем согласовании — перемычка 0 Ом; разд. 4.1.1: печатную антенну копировать с референсного дизайна точно, вместе с толщиной и материалом платы; разд. 6.2.1: для измерения согласования к точке питания антенны припаивают полужёсткий кабель, оплётку — к земле как можно ближе к концу, антенну отключают от остальной схемы
Texas Instruments. 2.4-GHz Inverted F Antenna (SWRU120D, revised January 2019) — антенна 25,7 × 7,5 мм без учёта земли; не размещать компоненты и землю у концов антенны; импеданс зависит от размера и формы земли, корпуса и других предметов рядом
Texas Instruments. DN023 868 MHz, 915 MHz and 955 MHz Inverted F Antenna (SWRA228C, 2011) — под антенной нет земли, поэтому толщина платы некритична; компоненты и земля не ближе 5 мм к антенне; места под один последовательный и два параллельных элемента согласования; длина подстройки зависит от земли (31 × 45 мм — около 9 мм на 868 МГц)

Нашли ошибку?