一文知曉RF電路PCB技巧運(yùn)用

對(duì)于射頻工作者來(lái)說(shuō)，射頻電路中有許多技巧需要掌握，，掌握這些技巧可以在電路設(shè)計(jì)中更加得心應(yīng)手。因?yàn)樯漕l（RF）電路是分布參數(shù)電路，電路實(shí)際工作中容易出現(xiàn)集膚效應(yīng)和耦合效應(yīng)，所以在實(shí)際PCB設(shè)計(jì)中，會(huì)發(fā)現(xiàn)電路中的干擾輻射難以控制，如：數(shù)字電路與模擬電路的相互干擾、電源的噪聲干擾、地線不合理造成的干擾等。正因如此，在PCB設(shè)計(jì)過程中如何權(quán)衡利弊，找到合適的折衷方案，以減少這些干擾盡可能多地，甚至避免某些電路的干擾，是RF PCB設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。今天我們從PCB?LAYOUT的角度，提供了一些處理技巧，對(duì)提高射頻電路的抗干擾能力有很大的幫助。

一、RF布局

我們這里討論的是多層板的元件布局。元器件布局的關(guān)鍵在于將元器件固定在射頻路徑上。通過調(diào)整其方向，使射頻路徑的長(zhǎng)度最小化，輸入遠(yuǎn)離輸出，盡量將大功率電路和小功率電路分開。信號(hào)遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號(hào)和射頻信號(hào)。

布局中經(jīng)常使用以下技術(shù)。

1.1 單行布局

射頻主信號(hào)的分量盡量直線排列，如圖1所示。但由于PCB板和腔體空間的限制，很多情況下不能直線排列。這時(shí)候可以采用L型布局。最好不要使用 U 型布局（如圖 2 所示）。當(dāng)不可避免時(shí)，最好將輸入和輸出之間的距離增加到至少1.5cm。

另外，在使用L型或U型布局時(shí)，拐點(diǎn)不要一進(jìn)入界面就拐彎，如圖3左圖，而是稍微直線后，右圖在圖 3 中。

1.2 相同或?qū)ΨQ布局

相同的模塊應(yīng)盡可能做成相同布局或?qū)ΨQ布局，如圖4和圖5所示。

1.3 十字形布局

偏置電路的饋電電感垂直于RF通道放置，如圖6所示，主要是為了避免電感器件之間的互感。

1.4 45°布局

為合理利用空間，可將器件按45度方向排列，使射頻線路盡可能短，如圖7所示。

二、射頻布線

對(duì)布線的總體要求是：射頻信號(hào)走線短而直，減少線路突變，少鉆孔，不與其他信號(hào)線相交，在射頻信號(hào)線周圍增加盡可能多的接地過孔。

以下是一些常用的優(yōu)化方法：

2.1 漸變線處理

在射頻線寬遠(yuǎn)大于IC器件管腳寬度的情況下，接觸芯片的線寬采用漸變的方式，如圖8所示。

2.2 圓弧線加工

如果射頻線不能筆直，則將其視為弧線，這樣可以減少射頻信號(hào)的外輻射和相互耦合。實(shí)驗(yàn)表明，將傳輸線的拐角彎成直角，可以最大限度地減少回波損耗。如圖 9 所示。

2.3 地線和電源

地線應(yīng)盡可能粗。如果可能的話，PCB的每一層都應(yīng)該盡可能地接地，并且地線應(yīng)該連接到主地線。應(yīng)制作更多的接地過孔，以盡可能降低接地阻抗。

射頻電路的電源盡量不要分平面。整個(gè)電源層不僅增加了電源層對(duì)射頻信號(hào)的輻射，而且容易受到射頻信號(hào)的干擾。所以電源線或平面一般采用長(zhǎng)條形，根據(jù)電流大小進(jìn)行加工。在滿足當(dāng)前容量的前提下盡量加厚，但不能無(wú)限加寬。處理電源線時(shí)，一定要避免環(huán)路。

電源線和地線的方向必須與射頻信號(hào)的方向平行，但不能重疊。最好在有十字架的地方使用垂直十字架。

2.4 交叉處理

如果可能，RF 信號(hào)和 IF 信號(hào)應(yīng)與地交叉。當(dāng)射頻信號(hào)與其他信號(hào)走線交叉時(shí)，盡量沿著它們之間的射頻走線布置一層與主地相連的地。如果不可能，請(qǐng)確保它們已交叉。這里的其他信號(hào)走線還包括電源線。

2.5 共面阻抗

射頻信號(hào)、干擾源、敏感信號(hào)等重要信號(hào)的共面阻抗，既能提高信號(hào)的抗干擾能力，又能降低信號(hào)對(duì)其他信號(hào)的干擾。如圖 10 所示。

2.6 銅箔處理

銅箔加工要求光滑，不允許有長(zhǎng)線或尖角。如果無(wú)法避免，則在尖角、細(xì)長(zhǎng)的銅箔或銅箔的邊緣填上幾個(gè)接地過孔。

2.7 間距

射頻線距離相鄰接地層的邊緣必須至少有 3W 寬，并且在 3W 范圍內(nèi)不得有非接地過孔。

同層射頻線應(yīng)具有共面阻抗，并應(yīng)在地銅上加地過孔?？组g距應(yīng)小于信號(hào)頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)（λ）的1/20，并應(yīng)均勻排列。

三、空洞處理

對(duì)于整個(gè)射頻電路來(lái)說(shuō)，不同模塊的射頻單元應(yīng)該用空腔進(jìn)行隔離，尤其是敏感電路和強(qiáng)輻射源之間。在大功率多級(jí)放大器中，級(jí)間的隔離也應(yīng)得到保證。

整個(gè)電路的支路放好后，就是屏蔽腔的處理了。屏蔽腔的處理有以下幾點(diǎn)：

整個(gè)屏蔽腔應(yīng)盡量做成規(guī)則的形狀，以利于鑄造。盡量使每個(gè)屏蔽腔為矩形，避免方形屏蔽腔。

屏蔽腔的拐角為圓弧形，屏蔽金屬腔一般采用鑄造成型?；⌒芜吔潜阌阼T造時(shí)的拔模。如圖 12 所示。

屏蔽腔外圍是密封的，進(jìn)入腔體的接口線一般為帶狀線或微帶線在空腔的邊角處放置3mm的金屬化孔以固定屏蔽殼，并在每個(gè)長(zhǎng)空腔上均勻放置相同的金屬化孔以加強(qiáng)支撐。

空腔通常是開窗的，以便于屏蔽殼的焊接。型腔一般厚度大于2mm，型腔內(nèi)增加2排開窗孔屏。過孔是交錯(cuò)的。同一排過孔之間的距離為150MIL。

四、結(jié)論

在射頻電路PCB的設(shè)計(jì)中，降低電路輻射，從而提高抗干擾能力非常重要。但是在實(shí)際布局布線中，一些問題的處理是相互矛盾的，如何找到一個(gè)折中點(diǎn)來(lái)優(yōu)化整個(gè)射頻電路的整體性能，是設(shè)計(jì)人員必須考慮的問題。本文總結(jié)了工作中的一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，有助于提高射頻電路PCB的抗干擾能力，希望對(duì)射頻電路設(shè)計(jì)的初學(xué)者有所幫助。

審核編輯：湯梓紅