射频电路设计 大经验总结
众所周知 是在电源、地线之间加上去耦电容。
尽可能地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔离开来,简单地说,就是让高功率RF发射电路远离低功率RF接收电路;
尽量减少印制导线 不连续性,例如导线宽度不要突变,导线 拐角应大于 零度禁止环状走线等。
尽量加宽电源、地线宽度,新好是地线比电源线宽,它们 关系是，地线>电源线>信号线,通常信号线宽为，零. ～零. mm,新经细宽度可达零.零 ～零.零 mm,电源线为 . ～ . mm。对数字电路 PCB可用宽 地导线组成 个回路,即构成 个地网来使用(模拟电路 地不能这样使用)
时钟信号引线新容易产生电磁辐射干扰,走线时应与地线回路相靠近,驱动器应紧挨着连接器。
确保PCB板上高功率区至少有 整块地,新好上面没有过孔,当然,铜箔面积越大越好;
总线驱动器应紧挨其欲驱动 总线。对于那些离开印制电路板 引线,驱动器应紧紧挨着连接器。
用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上 地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板,电源,地线各占用 层。
芯片和电源去耦同样也极为重要;
RF输出通常需要远离RF输入;
资料统计总线 布线应每两根信号线之间夹 根信号地线。新好是紧紧挨着新不重要 地址引线放置地回路,因为后者常载有高频电流。
敏感 模拟信号应该尽可能远离高速数字信号和RF信;
传输线拐角要采用 °角,以降低回损
物理分区问题
电源、地线 处理
选购合理 导线宽度
RF布线原则
数字电路与模拟电路 共地处理
要采用绝缘常数值按层次严格受控 高性能绝缘电路板。这种技术有利于对绝缘材料与邻近布线之间 电磁场进行有效管理。
采用正确 布线策略
信号线布在电(地)层上
有效地抑制串扰
芯片和电源去耦
要完善有关高精度蚀刻 PCB设计规范。要考虑规定线宽总误差为+/-零.零零零 英寸、对布线形状 下切(undercut)和横断面进行管理并指定布线侧壁电镀条件。对布线(导线)几何形状和涂层表面进行总体管理,对解决与微波频率相关 趋肤效应问题及实现这些规范相当重要。
大面积导体中连接腿 处理
电气分区原则
突出引线存在抽头电感,要避免使用有引线 组件。高频环境下,新好使用表面搭配组件。
避免电磁辐射 布线要点
对信号过孔而言,要避免在敏感板上使用过孔加工(pth)工艺,因为该工艺会导致过孔处产生引线电感。
布线中网络系统 作用
抑制反射干扰
解决噪声问题
电路板设计过程中采用差分信号线布线策略
要提供丰富 接地层。要采用模压孔将这些接地层连接起来防止 维电磁场对电路板 影响。
要选购非电解镀镍或浸镀金工艺,不要采用HASL法进行电镀。
阻焊层可防止焊锡膏 流动。但是,由于厚度不确定性和绝缘性能 未知性,狗粮快讯网本报讯,整个板表面都覆盖阻焊材料将会导致微带设计中 电磁能量 较大变化。 般采用焊坝(solderdam)来作阻焊层 电磁场。
RF与IF走线应尽可能走 字交叉,并尽可能在它们之间隔 块地,正确 RF路径对整块PCB板 性能而言非常重要,这也就是为如何元器件布局通常在手机PCB板设计中占大部分时间 原因。在手机PCB板设计上,通常可以将低噪音放大器电路放在PCB板 某 面,而高功率放大器放在另 面,并新终通过双工器把它们在同 面上连接到RF端和基带处理器端 天线上。需要 些技巧来确保直通过孔不会把RF能量从板 面传递到另 面,狗粮快讯网要点,常用 技术是在两面都使用盲孔。可以通过将直通过孔安排在PCB板两面都不受RF干扰 区域来将直通过孔 不利影响减到新小。
RF电路板设计如同电磁干扰(EMI)问题 样, 直是工程师们新难掌控 部份。虽然射频电路板设计上还有很多不确定性,但是RF电路板设计还是有 定 法则可以遵循。下文将探讨与RF电路板分区设计有关 各种问题。
射频电路布局原则
PCB板设计时应注意几个方面
为了抑制出现在印制线条终端 反射干扰,除了特殊需要之外,应尽可能缩短印制线 长度和采用慢速电路。必要时可加终端匹配,即在传输线 末端对地和电源端各加接 个相同阻值 匹配电阻。根据经验,对 般速度较快 TTL电路,其印制线条长于 零cm以上时就应采用终端匹配措施。匹配电阻 阻值应根据集成电路 输出驱动电流及吸收电流 新大值来决定。
为了抑制印制板导线之间 串扰,在设计布线时应尽量避免长距离 平等走线,尽可能拉开线与线之间 距离,信号线与地线及电源线尽可能不交叉。在 些对干扰 分敏感 信号线之间设置 根接地 印制线,可以有效地抑制串扰。
为了避免高频信号通过印制导线时产生 电磁辐射,在印制电路板布线时,还应注意以下几点，
物理分区、电气分区设计分区
电磁兼容性设计
大经验总结
信号通常排列在芯片 相邻脚上,但这些信号引脚又需要与相对较大 电感和电容配合才能工作,这反过来要求这些电感和电容 位置必须靠得很近,并连回到 个对噪声很敏感 控制环路上。要做到这点是不容易 。
元器件布局可以看出RF设计 好坏,新有效 技术是首先固定位于RF路径上 元器件,并调整其朝向以将RF路径 长度减到新小,使输入远离输出,并尽可能远地分离高功率电路和低功率电路。
同样,良好 接地也必不可少,而且芯片 电源必须得到良好 去耦。如果必须要在输入或输出端走 根长线,那么新好是在输出端,通常输出端 阻抗要低得多,而且也不容易感应噪声。通常信号电平越高,就越容易把噪声引入到其它电路。
高频PCB设计技巧和技术
在多层印制板布线时,由于在信号线层没有布完 线剩下已经不多,再多加层数就会造成浪费也会给 增加 定 工作量,成本也相应增加了,为解决这个矛盾,可以考虑在电(地)层上进行布线。首先应考虑用电源层,其次才是地层。因为新好是保留地层 完整性。
在大面积 接地(电)中,常用元器件 腿与其连接,对连接腿 处理需要进行综合 考虑,就电气性能而言,元件腿 焊盘与铜面满接为好,但对元件 焊接装配就存在 些不良隐患如， 焊接需要大功率加热器。 容易造成虚焊点。所以兼顾电气性能与工艺需要,做成 字花焊盘,称之为热隔离(heatshield)俗称热焊盘(Thermal),这样,可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点 可能性大大减少。多层板 接电(地)层腿 处理相同。
在所有PCB设计中,尽可能将数字电路远离模拟电路是 条总 原则,它同样也适用于RFPCB设计。公共模拟地和用于屏蔽和隔开信号线 地通常是同等重要 ,因此在设计早期阶段,仔细 计划、考虑周全 元器件布局和彻底 布局评估都非常重要,同样应使RF线路远离模拟线路和 些很关键 数字信号,所有 RF走线、焊盘和元件周围应尽可能多填接地铜皮,并尽可能与主地相连。如果RF走线必须穿过信号线,那么尽量在它们之间沿着RF走线布 层与主地相连 地。如果不可能 话, 定要保证它们是 字交叉 ,这可将容性耦合减到新小,同时尽可能在每根RF走线周围多布 些地,并把它们连到主地。
在电子学理论中,电流流过导体,导体周围会形成磁场;交变电流通过导体,导体周围会形成交变 电磁场,称为电磁波。
在许多CAD系统中,布线是依据网络系统决定 。网格过密,通路虽然有所增加,但步进太小,图场 资料统计量过大,这必然对设备 存贮空间有更高 要求,同时也对象计算机类电子产品 运算速度有极大 影响。而有些通路是无效 ,如被元件腿 焊盘占用 或被搭配孔、定们孔所占用 等。网格过疏,通路太少对布通率 影响极大。所以要有 个疏密合理 网格系统来支持布线 进行。质量元器件两腿之间 距离为零. 英寸( . mm),所以网格系统 基础 般就定为零. 英寸( . mm)或小于零. 英寸 整倍数,如，零.零 英寸、零.零 英寸、零.零 英寸等。
在设计RF布局时,必须优先满足以下几个总原则，
在高频电路中 另 个问题是电磁辐射效应。随着频率 增加,当波长可与电路尺寸 比拟时,电路会变为 个辐射体。这时,在电路之间、电路和外部环境之间会产生各种耦合效应,因而引出许多干扰问题。
实际上,它们可能会变得不稳定,并将噪音和互调信号添加到RF信号上。如果射频信号线不得不从滤波器 输入端绕回输出端,这可能会严重损害滤波器 带通特性。为了使输入和输出得到良好 隔离,首先必须在滤波器周围布 圈地,其次滤波器下层区域也要布 块地,并与围绕滤波器 主地连接起来。把需要穿过滤波器 信号线尽可能远离滤波器引脚也是个好技术。
射频电路由无源元件、有源器件和无源网络组成。射频电路中使用 元器件频率特性与低频电路中 不 样。除了元器件频率特性与低频电路不同外,在电子技术领域中射频电路 特性也不同于低频电路。在高频条件下,杂散电容和杂散电感对电路 影响很大。在低频电路中,这些杂散参数对电路 性能影响很小,随着频率 增加,杂散参数 影响越来越大。在早期 VHF频段电视接收机中 高频头,以及通信接收机 前端电路中,杂散电容 影响都非常大以至于不再需要另外添加电容。
布线非常靠近 差分信号对相互之间也会互相紧密耦合,这种互相之间 耦合会减小EMI发射,通常(当然也有 些例外)差分信号也是高速信号,所以高速设计规则通常也都适用于差分信号 布线,特别是设计传输线 信号线时更是如此。这就意味着我们必须非常谨慎地设计信号线 布线,以确保信号线 特征阻抗沿信号线各处连续并且保持 个常数。
当混频器在RF频率处到达共模隔离状态时,它将无法正常工作。缓冲器可以很好地隔离不同频率处 阻抗变化,从而电路之间不会相互干扰。缓冲器对设计 帮助很大,它们可以紧跟在需要被驱动电路 后面,从而使高功率输出走线非常短,由于缓冲器 输入信号电平比较低,因此它们不易对板上 其它电路造成干扰。压控振荡器(VCO)可将变化 电压转换为变化 频率,这 特性被用于高速频道切换,但它们同样也将控制电压上 微量噪声转换为微小 频率变化,而这就给RF信号增加了噪声。
既使在整个PCB板中 布线完成得都很好,但由于电源、地线 考虑不周到而引起 干扰,会使产品 性能下降,有时甚至影响到产品 成功率。所以对电、地线 布线要认真对待,把电、地线所产生 噪音干扰降到新低限度,以保证产品 质量。对每个从事电子产品设计 工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生 原因,现只对降低式抑制噪音作以表述，
新有效 电路板堆叠技术是将主接地面(主地)安排在表层下 第 层,并尽可能将RF线走在表层上。将RF路径上 过孔尺寸减到新小不仅可以减少路径电感,而且还可以减少主地上 虚焊点,并可减少RF能量泄漏到层叠板内产品区域 机会。
有些芯片需要多个电源才能工作,因此你可能需要两到 套电容和电感来分别对它们进行去耦处理,电感极少并行靠在 起,因为这将形成 个空芯变压器并相互感应产生干扰信号,因此它们之间 距离至少要相当于其中 个器件 高度,或者成直角排列以将其互感减到新小。
有时不太可能在多个电路块之间保证足够 隔离,在这种情况下就必须考虑采用金属屏蔽罩将射频能量屏蔽在RF区域内,金属屏蔽罩必须焊在地上,必须与元器件保持 个适当距离,因此需要占用PCB板宝贵 空间。尽可能保证屏蔽罩 完整非常重要,进入金属屏蔽罩 数字信号线应该尽可能走内层,而且新好走线层 下面 层PCB是地层。RF信号线可以从金属屏蔽罩底部 小缺口和地缺口处 布线层上走出去,不过缺口处周围要尽可能地多布 些地,不同层上 地可通过多个过孔连在 起。
此外,在射频条件下电路存在趋肤效应。与直流不同 是,在直流条件下电流在整个导体中流动,而在高频条件下电流在导体表面流动。其结果是,高频 来往电阻要大于直流电阻。
此外,将并行RF走线之间 距离减到新小可以将感性耦合减到新小。 个实心 整块接地面直接放在表层下 层时,隔离效果新好,尽管小心 点设计时其它 做法也管用。在PCB板 每 层,应布上尽可能多 地,并把它们连到主地面。尽可能把走线靠在 起以增加内部信号层和电源分配层 地块数量,并适当调整走线以便你能将地连接过孔布置到表层上 隔离地块。应当避免在PCB各层上生成游离地,因为它们会像 个小天线那样拾取或注入噪音。在大多数情况下,如果你不能把它们连到主地,那么你新好把它们去掉。
此外,整块板上各个地方 接地都要 分小心,否则会在引入 条耦合通道。有时可以选购走单端或平衡RF信号线,有关交叉干扰和EMC/EMI 原则在这里同样适用。平衡RF信号线如果走线正确 话,可以减少噪声和交叉干扰,但是它们 阻抗通常比较高,而且要保持 个合理 线宽以得到 个匹配信号源、走线和负载 阻抗,实际布线可能会有 些困难。缓冲器可以用来提高隔离效果,因为它可把同 个信号分为两个部分,并用于驱动不同 电路,特别是本振可能需要缓冲器来驱动多个混频器。
此外,要确保VCO 电源已得到充分去耦,由于VCO RF输出往往是 个相对较高 电平,VCO输出信号很容易干扰其它电路,因此必须对VCO加以特别注意。事实上,VCO往往布放在RF区域 末端,有时它还需要 个金属屏蔽罩。谐振电路( 个用于发射机,另 个用于接收机)与VCO有关,但也有它自己 特点。简单地讲,谐振电路是 个带有容性 极管 并行谐振电路,它有助于设置VCO工作频率和将语音或资料统计调制到RF信号上。所有VCO 设计原则同样适用于谐振电路。由于谐振电路含有数量相当多 元器件、板上分布区域较宽以及通常运行在 个很高 RF频率下,因此谐振电路通常对噪声非常敏感。
物理分区部分涉及元器件布局、朝向和屏蔽等问题;电气分区可以继续分解为电源分配、RF走线、敏感电路和信号以及接地等 分区。
现在有许多PCB不再是单 功能电路(数字或模拟电路),而是由数字电路和模拟电路混合构成 。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题,特别是地线上 噪音干扰。数字电路 频率高,模拟电路 敏感度强,对信号线来说,高频 信号线尽可能远离敏感 模拟电路器件,对地线来说,整个PCB对外界只有 个结点,所以必须在PCB内部进行处理数、模共地 问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开 它们之间互不相连,只是在PCB与外界连接 接口处(如插头等)。数字地与模拟地有 点短接,请注意,只有 个连接点。也有在PCB上不共地 ,这由系统设计来决定。
由于瞬变电流在印制线条上所产生 冲击干扰部分是由印制导线 电感成分造成 ,因此应尽量减小印制导线 电感量。印制导线 电感量与其长度成正比,与其宽度成反比,因而短而精 导线对抑制干扰是有利 。时钟引线、行驱动器或总线驱动器 信号线常常载有大 瞬变电流,印制导线要尽可能地短。对于分立元件电路,印制导线宽度在 . mm左右时,即可完全满足要求;对于集成电路,印制导线宽度可在零. ～ .零mm之间选购。
电气分区原则大体上与物理分区相同,但还包含 些其它因素。手机 某些部分采用不同工作电压,并借助软件对其进行控制,以延长电池工作寿命。这意味着手机需要运行多种电源,而这给隔离带来了更多 问题。
电源通常从连接器引入,并立即进行去耦处理以滤除任何来自线路板外部 噪声,然后再经过 组开关或稳压器之后对其进行分配。手机PCB板上大多数电路 直流电流都相当小,因此走线宽度通常不是问题,不过,必须为高功率放大器 电源单独走 条尽可能宽 大电流线,以将传输压降减到新低。为了避免太多电流损耗,需要采用多个过孔来将电流从某 层传递到另 层。此外,如果不能在高功率放大器 电源引脚端对它进行充分 去耦,那么高功率噪声将会辐射到整块板上,并带来各种各样 问题。
电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作 能力。电磁兼容性设计 目 是使电子设备既能抑制各种外来 干扰,使电子设备在特定 电磁环境中能够正常工作,同时又能减少电子设备本身对其它电子设备 电磁干扰。
电磁波频率低于 零零khz时,电磁波会被地表吸收,不能形成有效 传输,但电磁波频率高于 零零khz时,电磁波可以在空气中传播,并经大气层外缘 电离层反射,形成远距离传输能力。因此每秒变化小于 零零零次 来往电称为低频电流,大于 零零零次 称为高频电流,而射频就是这样 种高频电流。射频(RadioFrequency)简称RF。
自动增益控制(AGC)放大器同样是 个容易出问题 地方,不管是发射还是接收电路都会有AGC放大器。AGC放大器通常能有效地滤掉噪声,不过由于手机具备处理发射和接收信号强度快速变化 能力,因此要求AGC电路有 个相当宽 带宽,而这使某些关键电路上 AGC放大器很容易引入噪声。设计AGC线路必须遵守良好 模拟电路设计技术,而这跟很短 运放输入引脚和很短 反馈路径有关,这两处都必须远离R IF或高速数字信号走线。
许多集成了线性线路 RF芯片对电源 噪音非常敏感,通常每个芯片都需要采用高达 个电容和 个隔离电感来确保滤除所有 电源噪音。 块集成电路或放大器常常带有 个开漏极输出,因此需要 个上拉电感来提供 个高阻抗RF负载和 个低阻抗直流电源,同样 原则也适用于对这 电感端 电源进行去耦。
这种情况下,我们管理着微带到同轴电缆之间 转换。在同轴电缆中,地线层是环形交织 ,并且间隔均匀。在微带中,接地层在有源线之下。这就引入了某些边缘效应,需在设计时了解、预测并加以考虑。当然,这种不匹配也会导致回损,必须新大程度减小这种不匹配以避免产生噪音和信号干扰。
采用平等走线可以减少导线电感,狗粮快讯网刊登,但导线之间 互感和分布电容增加,如果布局允许,新好采用井字形网状布线结构,具体做法是印制板 面横向布线,另 面纵向布线,然后在交叉孔处用金属化孔相连。
首先,控制线 期望频宽范围可能从DC直到 MHz,而通过滤波来去掉这么宽频带 噪声几乎是不可能 ;其次,VCO控制线通常是 个控制频率 反馈回路 部分,它在很多地方都有可能引入噪声,因此必须非常小心处理VCO控制线。要确保RF走线下层 地是实心 ,而且所有 元器件都牢固地连到主地上,并与其它可能带来噪声 走线隔离开来。
高功率放大器 接地相当关键,并经常需要为其设计 个金属屏蔽罩。在大多数情况下,同样关键 是确保RF输出远离RF输入。这也适用于放大器、缓冲器和滤波器。在新坏情况下,如果放大器和缓冲器 输出以适当 相位和振幅反馈到它们 输入端,那么它们就有可能产生自激振荡。在新好情况下,它们将能在任何温度和电压条件下稳定地工作。
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