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射频电路板设计技巧.pdf

射频电路板设计技巧.pdf

上传者: moxinwutian 2011-10-10 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《射频电路板设计技巧pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含射频电路板设计技巧成功的RF设计必须仔细注意整个设计过程中每个步骤及每个细节这意味着必须在设计开始阶段就要进行彻底的、仔细的规划并对每个设计步骤的进符等。

射频电路板设计技巧成功的RF设计必须仔细注意整个设计过程中每个步骤及每个细节这意味着必须在设计开始阶段就要进行彻底的、仔细的规划并对每个设计步骤的进展进行全面持续的评估。而这种细致的设计技巧正是国内大多数电子企业文化所欠缺的。近几年来由于蓝牙设备、无线局域网络(WLAN)设备和移动电话的需求与成长促使业者越来越关注RF电路设计的技巧。从过去到现在RF电路板设计如同电磁干扰(EMI)问题一样一直是工程师们最难掌控的部份甚至是梦魇。若想要一次就设计成功必须事先仔细规划和注重细节才能奏效。射频(RF)电路板设计由于在理论上还有很多不确定性因此常被形容为一种「黑色艺术」(blackart)。但这只是一种以偏盖全的观点RF电路板设计还是有许多可以遵循的法则。不过在实际设计时真正实用的技巧是当这些法则因各种限制而无法实施时如何对它们进行折衷处理。重要的RF设计课题包括:阻抗和阻抗匹配、绝缘层材料和层叠板、波长和谐波等本文将集中探讨与RF电路板分区设计有关的各种问题。微过孔的种类电路板上不同性质的电路必须分隔但是又要在不产生电磁干扰的最佳情况下连接这就需要用到微过孔(microvia)。通常微过孔直径为mm至mm这些过孔一般分为三类即盲孔(blindvia)、埋孔(buryvia)和通孔(throughvia)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面具有一定深度用于表层线路和下面的内层线路的连接孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层层压前利用通孔成型制程完成在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。第三种称为通孔这种孔穿过整个线路板可用于实现内部互连或作为组件的黏着定位孔。采用分区技巧在设计RF电路板时应尽可能把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔离开来简单的说就是让高功率RF发射电路远离低噪音接收电路。如果PCB板上有很多空间那么可以很容易地做到这一点。但通常零组件很多时PCB空间就会变的很小因此这是很难达到的。可以把它们放在PCB板的两面或者让它们交替工作而不是同时工作。高功率电路有时还可包括RF缓冲器(buffer)和压控振荡器(VCO)。设计分区可以分成实体分区(physicalpartitioning)和电气分区(Electricalpartitioning)。实体分区主要涉及零组件布局、方位和屏蔽等问题电气分区可以继续分成电源分配、RF走线、敏感电路和信号、接地等分区。实体分区零组件布局是实现一个优异RF设计的关键最有效的技术是首先固定位于RF路径上的零组件并调整其方位使RF路径的长度减到最小。并使RF输入远离RF输出并尽可能远离高功率电路和低噪音电路。最有效的电路板堆栈方法是将主接地安排在表层下的第二层并尽可能将RF线走在表层上。将RF路径上的过孔尺寸减到最小不仅可以减少路径电感而且还可以减少主接地上的虚焊点并可减少RF能量泄漏到层叠板内其它区域的机会。在实体空间上像多级放大器这样的线性电路通常足以将多个RF区之间相互隔离开来但是双工器、混频器和中频放大器总是有多个RFIF信号相互干扰因此必须小心地将这一影响减到最小。RF与IF走线应尽可能走十字交叉并尽可能在它们之间隔一块接地面积。正确的RF路径对整块PCB板的性能而言非常重要这也就是为什么零组件布局通常在移动电话PCB板设计中占大部份时间的原因。在移动电话PCB板上通常可以将低噪音放大器电路放在PCB板的某一面而高功率放大器放在另一面并最终藉由双工器在同一面上将它们连接到RF天线的一端和基频处理器的另一端。这需要一些技巧来确保RF能量不会藉由过孔从板的一面传递到另一面常用的技术是在两面都使用盲孔。可以藉由将盲孔安排在PCB板两面都不受RF干扰的区域来将过孔的不利影响减到最小。金属屏蔽罩有时不太可能在多个电路区块之间保留足够的区隔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区域内但金属屏蔽罩也有副作用例如:制造成本和装配成本都很高。外形不规则的金属屏蔽罩在制造时很难保证高精密度长方形或正方形金属屏蔽罩又使零组件布局受到一些限制金属屏蔽罩不利于零组件更换和故障移位由于金属屏蔽罩必须焊在接地面上而且必须与零组件保持一个适当的距离因此需要占用宝贵的PCB板空间。尽可能保证金属屏蔽罩的完整非常重要所以进入金属屏蔽罩的数字信号线应该尽可能走内层而且最好将信号线路层的下一层设为接地层。RF信号线可以从金属屏蔽罩底部的小缺口和接地缺口处的布线层走线出去不过缺口处周围要尽可能被广大的接地面积包围不同信号层上的接地可藉由多个过孔连在一起。尽管有以上的缺点但是金属屏蔽罩仍然非常有效而且常常是隔离关键电路的唯一解决方案。电源去耦电路此外恰当而有效的芯片电源去耦(decouple)电路也非常重要。许多整合了线性线路的RF芯片对电源的噪音非常敏感通常每个芯片都需要采用高达四个电容和一个隔离电感来滤除全部的电源噪音。(图一)最小电容值通常取决于电容本身的谐振频率和接脚电感C的值就是据此选择的。C和C的值由于其自身接脚电感的关系而相对比较大从而RF去耦效果要差一些不过它们较适合于滤除较低频率的噪音信号。RF去耦则是由电感L完成的它使RF信号无法从电源线耦合到芯片中。因为所有的走线都是一条潜在的既可接收也可发射RF信号的天线所以将射频信号与关键线路、零组件隔离是必须的。这些去耦组件的实体位置通常也很关键。这几个重要组件的布局原则是:C要尽可能靠近IC接脚并接地C必须最靠近CC必须最靠近C而且IC接脚与C的连接走线要尽可能短这几个组件的接地端(尤其是C)通常应当藉由板面下第一个接地层与芯片的接地脚相连。将组件与接地层相连的过孔应该尽可能靠近PCB板上的组件焊盘最好是使用打在焊盘上的盲孔将连接线电感减到最小电感L应该靠近C。一个集成电路或放大器常常具有一个集电极开路输出(opencollector)因此需要一个上拉电感(pullupinductor)来提供一个高阻抗RF负载和一个低阻抗直流电源同样的原则也适用于对这一电感的电源端进行去耦。有些芯片需要多个电源才能工作因此可能需要两到三套电容和电感来分别对它们进行去耦处理如果该芯片周围没有足够的空间那么去耦效果可能不佳。尤其需要特别注意的是:电感极少平行靠在一起因为这将形成一个空芯变压器并相互感应产生干扰信号因此它们之间的距离至少要相当于其中之一的高度或者成直角排列以使其互感减到最小。电气分区电气分区原则上与实体分区相同但还包含一些其它因素。现代移动电话的某些部份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。这意味着移动电话需要具备多种电源而这产生更多的隔离问题。电源通常由连接线(connector)引入并立即进行去耦处理以滤除任何来自电路板外部的噪音然后经过一组开关或线性稳压器之后进行电源分配。在移动电话里大多数电路的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的电源单独设计出一条尽可能宽的大电流线路以使发射时的瞬态压降(voltagedrop)能减到最低。为了避免太多电流损耗需要利用多个过孔将电流从某一层传递到另一层。此外如果不能在高功率放大器的电源接脚端对它进行充分的去耦那么高功率噪音将会辐射到整块电路板上并带来各种各样的问题。高功率放大器的接地相当重要并经常需要为其设计一个金属屏蔽罩。

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