無線射頻電路的PCB設(shè)計

無線射頻電路的PCB設(shè)計

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，手持無線射頻電路技術(shù)運用越來越廣，如：無線尋呼機、手機、無線PDA等，其中的射頻電路的性能指標直接影響整個產(chǎn)品的質(zhì)量。這些掌上產(chǎn)品的一個最大特點就是小型化，而小型化意味著元器件的密度很大，這使得元器件（包括SMD、SMC、裸片等）的相互干擾十分突出。電磁干擾信號如果處理不當，可能造成整個電路系統(tǒng)的無法正常工作，因此，如何防止和抑制電磁干擾，提高電磁兼容性，就成為設(shè)計射頻電路PCB 時的一個非常重要的課題。同一電路，不同的PCB設(shè)計結(jié)構(gòu)，其性能指標會相差很大。本討論采用Protel99 SE軟件進行掌上產(chǎn)品的射頻電路PCB設(shè)計時，如果最大限度地實現(xiàn)電路的性能指標，以達到電磁兼容要求。

1 板材的選擇

印刷電路板的基材包括有機類與無機類兩大類?；闹凶钪匾男阅苁墙殡姵?shù)εr、耗散因子（或稱介質(zhì)損耗）tanδ、熱膨脹系數(shù)CET和吸濕率。其中εr影響電路阻抗及信號傳輸速率。對于高頻電路，介電常數(shù)公差是首要考慮的更關(guān)鍵因素，應(yīng)選擇介電常數(shù)公差小的基材。

2 PCB設(shè)計流程

由于Protel99 SE軟件的使用與Protel 98等軟件不同，因此，首先簡要討論采用Protel99 SE軟件進行PCB設(shè)計的流程。

①由于Protel99 SE采用的是工程（PROJECT）數(shù)據(jù)庫模式管理，在Windows 99下是隱含的，所以應(yīng)先鍵立1個數(shù)據(jù)庫文件用于管理所設(shè)計的電路原理圖與PCB版圖。

②原理圖的設(shè)計。為了可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，在進行原理設(shè)計之間，所用到的元器件都必須在元器件庫中存在，否則，應(yīng)在SCHLIB中做出所需的元器件并存入庫文件中。然后，只需從元器件庫中調(diào)用所需的元器件，并根據(jù)所設(shè)計的電路圖進行連接即可。

③原理圖設(shè)計完成后，可形成一個網(wǎng)絡(luò)表以備進行PCB設(shè)計時使用。

④PCB的設(shè)計
a.PCB 外形及尺寸的確定。根據(jù)所設(shè)計的PCB在產(chǎn)品的位置、空間的大小、形狀以及與其它部件的配合來確定PCB的外形與尺寸。在MECHANICAL LAYER層用PLACE TRACK命令畫出PCB的外形。b.根據(jù)SMT的要求，在PCB上制作定位孔、視眼、參考點等。c.元器件的制作。假如需要使用一些元器件庫中不存在的特殊元器件，則在布局之前需先進行元器件的制作。在Protel99 SE中制作元器件的過程比較簡單，選擇“DESIGN”菜單中的“MAKE LIBRARY”命令后就進入了元器件制作窗口，再選擇“TOOL”菜單中的“NEW COMPONENT”命令就可以進行元器件的設(shè)計。這時只需根據(jù)實際元器件的形狀、大小等在TOP LAYER層以PLACE PAD等命令在一定的位置畫出相應(yīng)的焊盤并編輯成所需的焊盤（包括焊盤形狀、大小、內(nèi)徑尺寸及角度等，另外還應(yīng)標出焊盤相應(yīng)的引腳名），然后以PLACE TRACK命令在TOP OVERLAYER層中畫出元器件的最大外形，取一個元器件名存入元器件庫中即可。d.元器件制作完成后，進行布局及布線，這兩部分在下面具體進行討論。 e.以上過程完成后必須進行檢查。這一方面包括電路原理的檢查，另一方面還必須檢查相互間的匹配及裝配問題。電路原理的檢查可以人工檢查，也可以采用網(wǎng)絡(luò)自動檢查（原理圖形成的網(wǎng)絡(luò)與PCB形成的網(wǎng)絡(luò)進行比較即可）。f.檢查無誤后，對文件進行存檔、輸出。在Protel99 SE中必須使用“FILE”選項中的“EXPORT”命令，把文件存放到指定的路徑與文件中（“IMPORT”命令則是把某一文件調(diào)入到Protel99 SE中）。注：在Protel99 SE中“FILE”選項中的“SAVE COPY AS…”命令執(zhí)行后，所選取的文件名在Windows 98中是不可見的，所以在資源管理器中是看不到該文件的。這與Protel 98中的“SAVE AS…”功能不完全一樣。

3 元器件的布局

由于SMT一般采用紅外爐熱流焊來實現(xiàn)元器件的焊接，因而元器件的布局影響到焊點的質(zhì)量，進而影響到產(chǎn)品的成品率。而對于射頻電路PCB設(shè)計而言，電磁兼容性要求每個電路模塊盡量不產(chǎn)生電磁輻射，并且具有一定的抗電磁干擾能力，因此，元器件的布局還直接影響到電路本身的干擾及抗干擾能力，這也直接關(guān)系到所設(shè)計電路的性能。因此，在進行射頻電路PCB設(shè)計時除了要考慮普通PCB設(shè)計時的布局外，主要還須考慮如何減小射頻電路中各部分之間相互干擾、如何減小電路本身對其它電路的干擾以及電路本身的抗干擾能力。根據(jù)經(jīng)驗，對于射頻電路效果的好壞不僅取決于射頻電路板本身的性能指標，很大部分還取決于與CPU處理板間的相互影響，因此，在進行PCB設(shè)計時，合理布局顯得尤為重要。

布局總原則：元器件應(yīng)盡可能同一方向排列，通過選擇PCB進入熔錫系統(tǒng)的方向來減少甚至避免焊接不良的現(xiàn)象；根據(jù)經(jīng)驗元器件間最少要有0.5mm的間距才能滿足元器件的熔錫要求，若PCB板的空間允許，元器件的間距應(yīng)盡可能寬。對于雙面板一般應(yīng)設(shè)計一面為SMD及SMC元件，另一面則為分立元件。

布局中應(yīng)注意：

*首先確定與其它PCB板或系統(tǒng)的接口元器件在PCB板上的位置，必須注意接口元器件間的配合問題（如元器件的方向等）。

*因為掌上用品的體積都很小，元器件間排列很緊湊，因此對于體積較大的元器件，必須優(yōu)先考慮，確定出相應(yīng)位置，并考慮相互間的配合問題。

* 認真分析電路結(jié)構(gòu)，對電路進行分塊處理（如高頻放大電路、混頻電路及解調(diào)電路等），盡可能將強電信號和弱電信號分開，將數(shù)字信號電路和模擬信號電路分開，完成同一功能的電路應(yīng)盡量安排在一定的范圍之內(nèi)，從而減小信號環(huán)路面積；各部分電路的濾波網(wǎng)絡(luò)必須就近連接，這樣不僅可以減小輻射，而且可以減少被干擾的幾率，根據(jù)電路的抗干擾能力。

*根據(jù)單元電路在使用中對電磁兼容性敏感程度不同進行分組。對于電路中易受干擾部分的元器件在布局時還應(yīng)盡量避開干擾源（比如來自數(shù)據(jù)處理板上CPU的干擾等）。

4 布線

在基本完成元器件的布局后，就可開始布線了。布線的基本原則為：在組裝密度許可情況下后，盡量選用低密度布線設(shè)計，并且信號走線盡量粗細一致，有利于阻抗匹配。

對于射頻電路，信號線的走向、寬度、線間距的不合理設(shè)計，可能造成信號信號傳輸線之間的交叉干擾；另外，系統(tǒng)電源自身還存在噪聲干擾，所以在設(shè)計射頻電路PCB時一定要綜合考慮，合理布線。

布線時，所有走線應(yīng)遠離PCB板的邊框（2mm左右），以免PCB板制作時造成斷線或有斷線的隱患。電源線要盡中能寬，以減少環(huán)路電阻，同時，使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，以提高抗干擾能力；所布信號線應(yīng)盡可能短，并盡量減少過孔數(shù)目；各元器件間的連線越短越好，以減少分布參數(shù)和相互間的電磁干擾；對于不相容的信號線應(yīng)量相互遠離，而且盡量避免平行走線，而在正向兩面的信號線應(yīng)用互垂直；布線時在需要拐角的地址方應(yīng)以135°角為宜，避免拐直角。

布線時與焊盤直接相連的線條不宜太寬，走線應(yīng)盡量離開不相連的元器件，以免短路；過孔不腚畫在元器件上，且應(yīng)盡量遠離不相連的元器件，以免在生產(chǎn)中出現(xiàn)虛焊、連焊、短路等現(xiàn)象。

在射頻電路PCB設(shè)計中，電源線和地線的正確布線顯得尤其重要，合理的設(shè)計是克服電磁干擾的最重要的手段。PCB上相當多的干擾源是通過電源和地線產(chǎn)生的，其中地線引起的噪聲干擾最大。

地線容易形成電磁干擾的主要原因于地線存在阻抗。當有電流流過地線時，就會在地線上產(chǎn)生電壓，從而產(chǎn)生地線環(huán)路電流，形成地線的環(huán)路干擾。當多個電路共用一段地線時，就會形成公共阻抗耦合，從而產(chǎn)生所謂的地線噪聲。因此，在對射頻電路PCB的地線進行布線時應(yīng)該做到：

* 首先，對電路進行分塊處理，射頻電路基本上可分成高頻放大、混頻、解調(diào)、本振等部分，要為各個電路模塊提供一個公共電位參考點即各模塊電路各自的地線，這樣信號就可以在不同的電路模塊之間傳輸。然后，匯總于射頻電路PCB接入地線的地方，即匯總于總地線。由于只存在一個參考點，因此沒有公共阻抗耦合存在，從而也就沒有相互干擾問題。

*數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)盡可能地線進行隔離，并且數(shù)字地與模擬地要分離，最后接于電源地。

*在各部分電路內(nèi)部的地線也要注意單點接地原則，盡量減小信號環(huán)路面積，并與相應(yīng)的濾波電路的地址就近相接。

*在空間允許的情況下，各模塊之間最好能以地線進行隔離，防止相互之間的信號耦合效應(yīng)。

5 結(jié)論

射頻電路PCB設(shè)計的關(guān)鍵在于如何減少輻射能力以及如何提高抗干擾能力，合理的布局與布線是設(shè)計射頻電路PCB的保證。文中所述方法有利于提高射頻電路PCB設(shè)計的可靠性，解決好電磁干擾問題，進而達到電磁兼容的目的。