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隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，現(xiàn)在的電子產(chǎn)品搭載無線通訊功能是越來越普遍了，而無線通訊技術(shù)是依賴于PCB上的射頻電路來實(shí)現(xiàn)的，并且需要專業(yè)的設(shè)計和仿真分析工具。現(xiàn)將模組射頻電路PCB 設(shè)計分享給大家。 走線原則 
對于自身沒有連接器的模塊，需通過 RF 走線和天線饋點(diǎn)或者連接器連接，所以 RF 線推薦走微帶線， 越短越好，差損控制在 0.2dB 以內(nèi)，并且阻抗控制在 50Ω。 在模塊和天線連接器（或饋點(diǎn)）之間預(yù)留一個π型電路（兩個并行器件接地腳要直接接到主地）供天線調(diào)試。 在 PCB 走線時，此信號走線控制 50Ω。產(chǎn)品的射頻性能與此走線密切相關(guān)。在 PCB 板上影響此走線阻抗的因素如下： 走線的寬度和厚度 介質(zhì)介電常數(shù)和厚度 焊盤的厚度 與地線的距離 附近的走線
阻抗設(shè)計 兩個天線接口的 RF 信號線阻抗都需要控制 50Ω。在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù) PCB 的其他參數(shù)如參考層厚度、層數(shù)和疊層等都會影響到 RF 的走線方式，不同的情況參考 GND 層不一樣，走線差距也將很大。 3W 原則 多層板設(shè)計天線 RF 信號在 PCB 上走線時，首先考慮的是滿足基本的“3W 原則”。為了減少線間串?dāng)_，應(yīng)保證線間距足夠大，如果線中心距不少 3 倍線寬時，則可保持 70%的線間電場不互相干擾，稱為“3W 原則”。 3W 原則示意圖 射頻 PCB Layout 部分 射頻走線盡量做50歐姆阻抗，如果無關(guān)做到，應(yīng)將射頻走線寬度保持在0.5mm~1mm距地安全距離也要保持在0.5mm~1mm，周圍打滿地孔 射頻座子的地建議盡量凈空 過孔焊盤建議用淚滴結(jié)束
射頻走線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電源,SIM卡，時鐘，高速數(shù)字信號；保其不對周圍器件產(chǎn)生的影響，所以在天線周邊建議客戶不要放其他元器件，并且 PCB 上的走線盡可能遠(yuǎn)離 RF 部分。 射頻走線應(yīng)盡量短，遇彎需走蛇形線或圓弧，周圍打地孔； 兩層板阻抗設(shè)計 因?yàn)榇蟛糠挚蛻舳嘤杏秒p面板進(jìn)行設(shè)計，所以針對兩層板典型的 1.6mm，1.0mm 厚度 PCB 設(shè)計做實(shí)例說明： 案例一：PCB 板厚 1.6mm 考慮到 PCB 板厚的影響，要完全符合 3W 原則很難實(shí)現(xiàn)，既要保證 50Ω走線，又要確 射頻走線過長時，模塊測和天線測建議預(yù)留匹配電路 如果板上空間富裕，優(yōu)先通過布局實(shí)現(xiàn)RF走線的短和直，如果布局空間不允許，需要拐角走線，一定避免直角或45°拐角走線，要走圓弧走線，如果實(shí)在要走直角了，可以通過放置元件通過元件的擺位的方式來替代走線來做90°角的轉(zhuǎn)折，這樣可以最大化避免阻抗突變造成的信號反射影響。
兩層板阻抗設(shè)計 因?yàn)榇蟛糠挚蛻舳嘤杏秒p面板進(jìn)行設(shè)計，所以針對兩層板典型的 1.6mm，1.0mm 厚度 PCB 設(shè)計做實(shí)例說明： 案例一：PCB 板厚 1.6mm 考慮到 PCB 板厚的影響，要完全符合 3W 原則很難實(shí)現(xiàn)，既要保證 50Ω走線，又要確保其不對周圍器件產(chǎn)生的影響，所以在天線周邊建議客戶不要放其他元器件，并且 PCB 上的走線盡可能遠(yuǎn)離 RF 部分。 經(jīng)過我們大量實(shí)際驗(yàn)證，以下設(shè)計可以保證 RF 阻抗控制在 50Ω左右，并且受到影響最小： RF 線寬 43mil，離旁邊的地（藍(lán)色）的距離是 8mil，射頻走線的正下方是 RF 線參考層，通常為完整的地（紅色）。 RF 線四周需完整的地保護(hù)，并且沿著走線方向盡量多打地孔。在射頻走線及其參考地周圍，不建議有其他任何走線或器件。 50Ω阻抗的理論計算：
阻抗計算工具示意圖（單位 mil） Er1，T1，C1，C2，CEr 參數(shù)一般由 PCB 板廠確認(rèn)，每個 PCB 板廠的工藝和材質(zhì)有略微差異，需要和 PCB 板廠確認(rèn)。 H1 為 PCB 厚度，W1 為線寬，D1 為線到旁邊 GND 的距離。 實(shí)際生產(chǎn)中要考慮誤差。案例二 PCB 板厚 1.0mm PCB 板厚 1.0mm 時，RF 在 PCB 上線寬是 35mil，線到旁邊的 GND 的間距是 8mil。 四層板阻抗設(shè)計 四層板，板厚 1.0mm，RF 線走在表層 Lay1，參考 Lay2（GND 層）。不同 PCB 板廠的疊層會有不同，以下圖的 4 層板的疊層為例： 層板疊層厚度示意圖
Lay 1 到 Lay 2 的厚度是 65um，RF 走線 4mil，RF 到兩邊 GND 的距離大于 3 倍的 RF線寬。Lay 1 藍(lán)色，紅色是 Lay 2 層，高亮部分是 RF 線。 RF 走線示意圖 50Ω阻抗的理論計算： D1 的值在大于 3 倍的 W1 以后，對阻抗的影響就很微弱。
四層板阻 TOP 層走線抗計算示意圖
以上是我們在模組開發(fā)項(xiàng)目中硬件電源設(shè)計過程中的一些經(jīng)驗(yàn)累積，希望您在項(xiàng)目開發(fā)過程中少走彎路，順利完成開發(fā)任務(wù)。最后介紹我們奇跡物聯(lián)，我們產(chǎn)品涵蓋了基于eSIM技術(shù)的2G,4G,NB模組，并且還為客戶提供模組相關(guān)的硬件設(shè)計資料和評審服務(wù)，幫助客戶快速完成項(xiàng)目開發(fā)，迅速搶占物聯(lián)網(wǎng)市場。 |
