RF電路設(shè)計(jì)的常見(jiàn)問(wèn)題 射頻電路布局原則

射頻系統(tǒng)在生產(chǎn)生活的出現(xiàn)的頻率越來(lái)越高，在物流行業(yè)，RFID射頻識(shí)別技術(shù)有著很多應(yīng)用，此技術(shù)同樣應(yīng)用在了二代身份證上。在未來(lái)的5G探索中，5G射頻模塊也將推動(dòng)著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展。在實(shí)際RF電路設(shè)計(jì)時(shí)，真正實(shí)用的技巧是當(dāng)這些準(zhǔn)則和法則因各種設(shè)計(jì)約束而無(wú)法準(zhǔn)確地實(shí)施時(shí)如何對(duì)它們進(jìn)行折中處理。

當(dāng)然，有許多重要的RF設(shè)計(jì)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(zhǎng)和駐波等，在全面掌握各類設(shè)計(jì)原則前提下的仔細(xì)規(guī)劃是一次性成功設(shè)計(jì)的保證。

一、RF電路設(shè)計(jì)的常見(jiàn)問(wèn)題

1、數(shù)字電路模塊和模擬電路模塊之間的干擾

如果模擬電路(射頻)和數(shù)字電路單獨(dú)工作，可能各自工作良好。但是，一旦將二者放在同一塊電路板上，使用同一個(gè)電源一起工作，整個(gè)系統(tǒng)很可能就不穩(wěn)定。

這主要是因?yàn)?a target="_blank">數(shù)字信號(hào)頻繁地在地和正電源(>3 V)之間擺動(dòng)，而且周期特別短，常常是納秒級(jí)的。由于較大的振幅和較短的切換時(shí)間。使得這些數(shù)字信號(hào)包含大量且獨(dú)立于切換頻率的高頻成分。在模擬部分，從無(wú)線調(diào)諧回路傳到無(wú)線設(shè)備接收部分的信號(hào)一般小于lμV。

因此數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)之間的差別會(huì)達(dá)到120 dB。顯然，如果不能使數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)很好地分離。微弱的射頻信號(hào)可能遭到破壞,這樣一來(lái)，無(wú)線設(shè)備工作性能就會(huì)惡化，甚至完全不能工作。

2、供電電源的噪聲干擾

射頻電路對(duì)于電源噪聲相當(dāng)敏感,尤其是對(duì)毛刺電壓和其他高頻諧波。微控制器會(huì)在每個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期內(nèi)短時(shí)間突然吸人大部分電流,這是由于現(xiàn)代微控制器都采用CMOS工藝制造。

因此，假設(shè)一個(gè)微控制器以lMHz的內(nèi)部時(shí)鐘頻率運(yùn)行，它將以此頻率從電源提取電流。

如果不采取合適的電源去耦，必將引起電源線上的電壓毛刺。如果這些電壓毛刺到達(dá)電路RF部分的電源引腳,嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致工作失效。

3、不合理的地線

如果RF電路的地線處理不當(dāng)，可能產(chǎn)生一些奇怪的現(xiàn)象。對(duì)于數(shù)字電路設(shè)計(jì)，即使沒(méi)有地線層,大多數(shù)數(shù)字電路功能也表現(xiàn)良好。而在RF頻段，即使一根很短的地線也會(huì)如電感器一樣作用。

粗略地計(jì)算,每毫米長(zhǎng)度的電感量約為l nH,433 MHz時(shí)10 toni PCB線路的感抗約27Ω。如果不采用地線層，大多數(shù)地線將會(huì)較長(zhǎng)，電路將無(wú)法具有設(shè)計(jì)的特性。

4、天線對(duì)其他模擬電路部分的輻射干擾

在PCB電路設(shè)計(jì)中，板上通常還有其他模擬電路。

例如，許多電路上都有模，數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)或數(shù)／模轉(zhuǎn)換器(DAC)。射頻發(fā)送器的天線發(fā)出的高頻信號(hào)可能會(huì)到達(dá)ADC的模擬淙攵恕Ｒ蛭 魏蔚緶廢唄范伎贍莧縑煜咭謊⒊齷蚪郵誖F信號(hào)。如果ADC輸入端的處理不合理，RF信號(hào)可能在ADC輸入的ESD二極管內(nèi)自激。從而引起ADC偏差。

二、五大經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1、射頻電路布局原則

在設(shè)計(jì)RF布局時(shí),必須優(yōu)先滿足以下幾個(gè)總原則：

(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(kāi)來(lái)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是讓高功率RF發(fā)射電路遠(yuǎn)離低功率RF接收電路；

(2)確保PCB板上高功率區(qū)至少有一整塊地，最好上面沒(méi)有過(guò)孔，當(dāng)然，銅箔面積越大越好；

(3)電路和電源去耦同樣也極為重要；

(4)RF輸出通常需要遠(yuǎn)離RF輸入；

(5)敏感的模擬信號(hào)應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號(hào)和RF信；

2、物理分區(qū)、電氣分區(qū)設(shè)計(jì)分區(qū)

可以分解為物理分區(qū)和電氣分區(qū)。物理分區(qū)主要涉及元器件布局、朝向和屏蔽等問(wèn)題；電氣分區(qū)可以繼續(xù)分解為電源分配、RF走線、敏感電路和信號(hào)以及接地等的分區(qū)。

3、在手機(jī)PCB板設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意幾個(gè)方面

（1）、電源、地線的處理：

a、眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。

b、盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬。?

c、用大面積銅層作地線用，在印制板上把沒(méi)被用上的地方都與地相連接作為地線用。或是做成多層板，電源，地線各占用一層。

（2）、數(shù)字電路與模擬電路的共地處理

所以必須在PCB內(nèi)部進(jìn)行處理數(shù)、模共地的問(wèn)題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實(shí)際上是分開(kāi)的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處（如插頭等）。數(shù)字地與模擬地有一點(diǎn)短接，請(qǐng)注意，只有一個(gè)連接點(diǎn)。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)決定。

（3）、信號(hào)線布在電（地）層上

在電（地）層上進(jìn)行布線，首先應(yīng)考慮用電源層，其次才是地層，因?yàn)樽詈檬潜Ａ舻貙拥耐暾浴?/p>

（4）、大面積導(dǎo)體中連接腿的處理

在大面積的接地（電）中，常用元器件的腿與其連接，對(duì)連接腿的處理需要進(jìn)行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤(pán)與銅面滿接為好，這樣可使在焊接時(shí)因截面過(guò)分散熱而產(chǎn)生虛焊點(diǎn)的可能性大大減少。

（5）、布線中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用

在許多CAD系統(tǒng)中，布線是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)決定的。網(wǎng)格過(guò)密，通路雖然有所增加，但步進(jìn)太小，圖場(chǎng)的數(shù)據(jù)量過(guò)大，這必然對(duì)設(shè)備的存貯空間有更高的要求，同時(shí)也對(duì)象計(jì)算機(jī)類電子產(chǎn)品的運(yùn)算速度有極大的影響。

標(biāo)準(zhǔn)元器件兩腿之間的距離為0.1英寸（2.54mm），所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)一般就定為0.1英寸（2.54 mm）或小于0.1英寸的整倍數(shù)，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

4、高頻PCB設(shè)計(jì)技巧和方法

(1）傳輸線拐角要采用45°角，以降低回?fù)p。

(2）要采用絕緣常數(shù)值按層次嚴(yán)格受控的高性能絕緣電路板。這種方法有利于對(duì)絕緣材料與鄰近布線之間的電磁場(chǎng)進(jìn)行有效管理。

(3）要完善有關(guān)高精度蝕刻的PCB設(shè)計(jì)規(guī)范。要考慮規(guī)定線寬總誤差為+/-0.0007英寸、對(duì)布線形狀的下切（undercut）和橫斷面進(jìn)行管理并指定布線側(cè)壁電鍍條件。對(duì)布線（導(dǎo)線）幾何形狀和涂層表面進(jìn)行總體管理，對(duì)解決與微波頻率相關(guān)的趨膚效應(yīng)問(wèn)題及實(shí)現(xiàn)這些規(guī)范相當(dāng)重要。

(4）突出引線存在抽頭電感，要避免使用有引線的組件。高頻環(huán)境下，最好使用表面安裝組件。

(5）對(duì)信號(hào)過(guò)孔而言，要避免在敏感板上使用過(guò)孔加工（pth）工藝，因?yàn)樵摴に嚂?huì)導(dǎo)致過(guò)孔處產(chǎn)生引線電感。

(6）要提供豐富的接地層。要采用模壓孔將這些接地層連接起來(lái)防止3維電磁場(chǎng)對(duì)電路板的影響。

(7）要選擇非電解鍍鎳或浸鍍金工藝，不要采用HASL法進(jìn)行電鍍。

(8）阻焊層可防止焊錫膏的流動(dòng)。但是，由于厚度不確定性和絕緣性能的未知性，整個(gè)板表面都覆蓋阻焊材料將會(huì)導(dǎo)致微帶設(shè)計(jì)中的電磁能量的較大變化。一般采用焊壩（solder dam）來(lái)作阻焊層的電磁場(chǎng)。

5、電磁兼容性設(shè)計(jì)

電磁兼容性是指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進(jìn)行工作的能力。

電磁兼容性設(shè)計(jì)的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來(lái)的干擾，使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時(shí)又能減少電子設(shè)備本身對(duì)其它電子設(shè)備的電磁干擾。

電磁兼容性設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮一下幾個(gè)方面：選擇合理的導(dǎo)線寬度、采用正確的布線策略、為了抑制印制板導(dǎo)線之間的串?dāng)_，在設(shè)計(jì)布線時(shí)應(yīng)盡量避免長(zhǎng)距離的平等走線、避免高頻信號(hào)通過(guò)印制導(dǎo)線時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射、抑制反射干擾、電路板設(shè)計(jì)過(guò)程中采用差分信號(hào)線布線策略。

編輯：黃飛

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