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射頻(RF)電路板設計經驗總結--之一

發布時間:2023-5-16 17:09    發布者:瑞興諾PCB
射頻(RF)電路板設計經驗總結--之一


        射頻(RF)PCB電路板設計由于在理論上還有很多不確定性,因此常被形容為一種“黑色藝術”,但這個觀點只有部分正確,RF電路板設計也有許多可以遵循的準則和不應該被忽視的法則。

不過,在實際設計時,真正實用的技巧是當這些準則和法則因各種設計約束而無法準確地實施時如何對它們進行折衷處理。當然,有許多重要的RF設計課題值得討論,包括阻抗和阻抗匹配、絕緣層材料和層疊板以及波長和駐波,所以這些對手機的EMC、EMI影響都很大,下面就對手機PCB板的在設計RF布局時必須滿足的條件加以總結(以下文字均從網絡轉載,歡迎大家補充,指正。):

1.1盡可能地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔離開來。

簡單地說,就是讓高功率RF發射電路遠離低功率RF接收電路。手機功能比較多、元器件很多,但是PCB空間較小,同時考慮到布線的設計過程限定最高,所有的這一些對設計技巧的要求就比較高。這時候可能需要設計四層到六層PCB了,讓它們交替工作,而不是同時工作。高功率電路有時還可包括RF緩沖器和壓控制振蕩器(VCO)。確保PCB板上高功率區至少有一整塊地,最好上面沒有過孔,當然,銅皮越多越好。敏感的模擬信號應該盡可能遠離高速數字信號和RF信號。

1.2 設計分區可以分解為物理分區和電氣分區。

物理分區主要涉及元器件布局、朝向和屏蔽等問題;電氣分區可以繼續分解為電源分配、RF走線、敏感電路和信號以及接地等的分區。


要保證不增加噪聲必須從以下幾個方面考慮:

首先,控制線的期望頻寬范圍可能從DC直到2MHz,而通過濾波來去掉這么寬頻帶的噪聲幾乎是不可能的;

其次,VCO控制線通常是一個控制頻率的反饋回路的一部分,它在很多地方都有可能引入噪聲,因此必須非常小心處理VCO控制線。要確保RF走線下層的地是實心的,而且所有的元器件都牢固地連到主地上,并與其它可能帶來噪聲的走線隔離開來。

此外,要確保VCO的電源已得到充分去耦,由于VCO的RF輸出往往是一個相對較高的電平,VCO輸出信號很容易干擾其它電路,因此必須對VCO加以特別注意。事實上,VCO往往布放在RF區域的末端,有時它還需要一個金屬屏蔽罩。諧振電路(一個用于發射機,另一個用于接收機)與VCO有關,但也有它自己的特點。簡單地講,諧振電路是一個帶有容性二極管的并行諧振電路,它有助于設置VCO工作頻率和將語音或數據調制到RF信號上。所有VCO的設計原則同樣適用于諧振電路。

由于諧振電路含有數量相當多的元器件、板上分布區域較寬以及通常運行在一個很高的RF頻率下,因此諧振電路通常對噪聲非常敏感。信號通常排列在芯片的相鄰腳上,但這些信號引腳又需要與相對較大的電感電容配合才能工作,這反過來要求這些電感和電容的位置必須靠得很近,并連回到一個對噪聲很敏感的控制環路上。要做到這點是不容易的。

自動增益控制(AGC)放大器同樣是一個容易出問題的地方,不管是發射還是接收電路都會有AGC放大器。AGC放大器通常能有效地濾掉噪聲,不過由于手機具備處理發射和接收信號強度快速變化的能力,因此要求AGC電路有一個相當寬的帶寬,而這使某些關鍵電路上的AGC放大器很容易引入噪聲。設計AGC線路必須遵守良好的模擬電路設計技術,而這跟很短的運放輸入引腳和很短的反饋路徑有關,這兩處都必須遠離RF、IF或高速數字信號走線。

同樣,良好的接地也必不可少,而且芯片的電源必須得到良好的去耦。如果必須要在輸入或輸出端走一根長線,那么最好是在輸出端,通常輸出端的阻抗要低得多,而且也不容易感應噪聲。通常信號電平越高,就越容易把噪聲引入到其它電路。在所有PCB設計中,盡可能將數字電路遠離模擬電路是一條總的原則,它同樣也適用于RFPCB設計。

公共模擬地和用于屏蔽和隔開信號線的地通常是同等重要的,因此在設計早期階段,仔細的計劃、考慮周全的元器件布局和徹底的布局估都非常重要,同樣應使RF線路遠離模擬線路和一些很關鍵的數字信號,所有的RF走線、焊盤和元件周圍應盡可能多填接地銅皮,并盡可能與主地相連。

如果RF走線必須穿過信號線,那么盡量在它們之間沿著RF走線布一層與主地相連的地。如果不可能的話,一定要保證它們是十字交叉的,這可將容性耦合減到最小,同時盡可能在每根RF走線周圍多布一些地,并把它們連到主地。此外,將并行RF走線之間的距離減到最小可以將感性耦合減到最小。一個實心的整塊接地面直接放在表層下第一層時,隔離效果最好,盡管小心一點設計時其它的做法也管用。

在PCB板的每一層,應布上盡可能多的地,并把它們連到主地面。盡可能把走線靠在一起以增加內部信號層和電源分配層的地塊數量,并適當調整走線以便你能將地連接過孔布置到表層上的隔離地塊。應當避免在PCB各層上生成游離地,因為它們會像一個小天線那樣拾取或注入噪音。在大多數情況下,如果你不能把它們連到主地,那么你最好把它們去掉。


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