PCB Design Guidelines for SIRF

PCB Design Guidelines for SIRFstar III Implementation
1介紹
1.?1基本的PCB layout guidelines
A.?SIRF 典型的參考設(shè)計(jì)方案是:4層,6層,雙面貼片，標(biāo)準(zhǔn)FR4板
B.?所有的元件盡量采用貼片元件.
C.?連接器的安置要避免噪聲系統(tǒng)連接到cable并穿越GPS板。推薦使用小的連接器，并且接口要包地或隔開。
D.?所有的RF的元件擺放盡量使其是最小的線長(zhǎng)和互相交叉.----這是RF設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。.
E.?所有RF的pin要參考原理圖放置.所有IC的power pin都要在每個(gè)pin上放一個(gè)最小0.01uF的去耦電容.(實(shí)在不行也可以相鄰的power pin共用一個(gè)),并且盡量靠近IC.并且最好是直接打via到地.這樣可以盡可能的減少開關(guān)noise.
F.?保證足夠的間隔給RF和base band做屏蔽罩.(適當(dāng)?shù)钠帘握挚梢园衙舾械腞F區(qū)域,天線和別的噪聲源隔離開).屏蔽罩四周要連續(xù)的焊接在扳子上,不要有空隙,并且最少每隔100mils要打一個(gè)via到地.
G.?RF部分和數(shù)字部分要分開放置在板子的不同區(qū)域.
H.?所有的RF地要直接打via到地上,保證最短的內(nèi)部線長(zhǎng).
I.?對(duì)于多pin的數(shù)位元件要保證盡可能少的多方向線段。（類似AU1200）
J.?TCXO和晶振等盡量和高速的數(shù)字信號(hào)隔開,熱隔離區(qū)要盡可能大以取得最好的性能，這個(gè)要求是必須遵循的。并保證良好的散熱.這是個(gè)折中的辦法,一個(gè)要靠近IC,保證好的performance,一個(gè)要保證好的散熱.
K.?所有的設(shè)計(jì)要能符合工藝要求,盡量的符合DFM/DFT的需要.強(qiáng)烈建議在開發(fā)階段盡量多加些測(cè)試點(diǎn).
L.?盡量使用SIRF的參考設(shè)計(jì)中的BOM元件,如果要更換新的料件,要讓所選的料件和參考設(shè)計(jì)的參數(shù)完全兼容.
M.?保證RTC的區(qū)域遠(yuǎn)離數(shù)位和RF區(qū)域.如果可能,RTC要直接走在緊鄰ground層的層上.另外要避免數(shù)字信號(hào)穿過RTC區(qū)域.圓桶型的晶振盡量不要選用.
以上是些基本layout規(guī)范,在布局的時(shí)候就要好好考慮到.
2.?RF設(shè)計(jì)
對(duì)于做低頻數(shù)字信號(hào)的設(shè)計(jì)者來說,RF信號(hào)設(shè)計(jì)是個(gè)新的挑戰(zhàn).RF線路通常是納伏級(jí)的 (<-140dBm)級(jí)的,而且oscillators的穩(wěn)定性也要求在PPB級(jí)（十億分之一）的. RF線路中它的信號(hào)特性已經(jīng)改變很多。必須從RF的觀點(diǎn)去看待線路和器件。下面是基本的RF要求。
2.1 TRACK,PAD,和ground層
?? 大部分的RF信號(hào)都是要建立在一個(gè)統(tǒng)一的完整地平面以提供良好的退偶和電氣地.所有的Track, PAD,和元件之間都是會(huì)在互相鄰近的物理元件之間形成一個(gè)電容偶合.如果使用一個(gè)完整的地,那么將形成個(gè)大的電容對(duì)地.這個(gè)電容可以減少各個(gè)部件之間的偶合,同時(shí)給電流提供一個(gè)很好的回路.
?? PAD和地之間也會(huì)有個(gè)寄生電容.這個(gè)PAD被使用的時(shí)候每次都會(huì)增加一個(gè)小的電容對(duì)地.這個(gè)電容比100PF大一點(diǎn)還不是很大的問題,但是如果太大了就不行.如果PAD的物理尺寸很大,或則絕緣體(線路板絕緣層)很薄,那很可能這個(gè)電容就會(huì)很大,這樣就會(huì)發(fā)生問題.通常RF設(shè)計(jì)者會(huì)盡量減少這個(gè)電容.但是很不幸,通過銅導(dǎo)線的時(shí)候會(huì)有很多寄生的參數(shù)在里面.所有的在地平面上的Trace都會(huì)形成一個(gè)傳輸線,必須讓他們盡可能短.
? 打到地的via也會(huì)寄生一個(gè)很小的電感,那么這個(gè)電感也會(huì)對(duì)RF信號(hào)產(chǎn)生影響.RF信號(hào)需要一個(gè)很好的地.如果IC有好多個(gè)ground pin,那么每個(gè)pin都要直接分別打個(gè)via到地,以減少寄生電感.不要幾個(gè)ground pin共用一個(gè)via.這樣很可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)通過這種公共via的時(shí)候產(chǎn)生crosstalk.所以一個(gè)比較好的做法是,使用各自獨(dú)立的多重via分別接地.
2.2.RF器件.
?? 由于設(shè)計(jì)者對(duì)一些不是特別重要的器件會(huì)進(jìn)行一些更換,所以有些RF和寄生的參數(shù)需要考慮.
A.?貼片電阻,在一般的使用中經(jīng)常會(huì)忽略片阻上的一些寄生參數(shù).但是在RF中卻是不能忽略.貼片電阻的RF參數(shù)中最重要的是它的串聯(lián)電感（ESL）。在GPS設(shè)計(jì)中對(duì)于GPS的頻率使用0603,0402的電阻通常不會(huì)有太大的問題,但如果使用0402,0201的時(shí)候,設(shè)計(jì)者還要考慮到這種器件的散熱問題.
B.?貼片電容,象貼片電阻一樣貼片電容最重要的RF參數(shù)也是寄生的串聯(lián)電感（ESL）的存在,而且不能忽視它.電容器本身的電容和串聯(lián)的電感會(huì)在某些頻點(diǎn)上形成諧振.設(shè)計(jì)者必須很小心的處理這個(gè)問題.一個(gè)12PF,0603的電容(再考慮到PAD和TRACE 電感)在GPS的頻率的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生諧振.這點(diǎn)可以利用來旁路電源線以防止RF信號(hào)跑到別的我們不希望的地方去.也可以利用來阻止直流電流并讓GPS信號(hào)不會(huì)損耗的通過.另外一個(gè)0.1uF的電容在30MHz的時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生諧振.并且在高于此頻率，電容將諧振為一電感器件。所以對(duì)于高于100MHz的頻率是不能用0.1uF的旁路電容很好的解決.所以在GPS頻率的范圍內(nèi)光用0.1uF旁路電容是不夠的.
C.?貼片電感,這是個(gè)最復(fù)雜的元件類型.它主要的寄生器件是個(gè)并聯(lián)的諧振器.這個(gè)諧振器由它的內(nèi)部并聯(lián)電容,對(duì)地電容,和它本身的電感及寄生的內(nèi)部電感組成.內(nèi)部的并聯(lián)電容值每個(gè)廠家做的都差別很大.所以如果使用的電感接近于它的諧振點(diǎn),并且要使用新的廠家的電感,那要保證它的參數(shù)要和原始的料件很接近.通常只有在通直流的時(shí)候電感的并聯(lián)諧振點(diǎn)才用于RF的開環(huán)回路（比如用于給RF CABLE供直流電源的T連接的時(shí)候）.一個(gè)很少回路的0603的電感,會(huì)使電路的電氣特性有很大的差異.特別是不同的廠家之間.同樣,在用于RF特性中的網(wǎng)絡(luò)電感更是可能由于繞法和貼裝也導(dǎo)致很大的不同.
高Q值的電感(>50-60,可能的話)通常用于LNA的輸入.同樣很重要的是屏蔽電感,或者盡可能的把它們放置在遠(yuǎn)離躁聲的地方，以減少噪聲偶合進(jìn)電感.相鄰的電感放置的時(shí)候它們之間要保證一個(gè)正確的角度,以減少它們之間的偶合效應(yīng).