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摘要：应在理解电路基板结构、电源布线、接地本原则的基础上，进行可靠RF的布板。本文研究了相关的基本原则，提供了一些实用和验证的电源布线、电源旁路和接地技术，可以有效地提高RF设计的性能指标。考虑到实际PCB设计中的PLL杂质信号对电源耦合、接地和滤波器元件的位置非常敏感，本文着重讨论了PLL杂质信号抑制的方法。
一、电源布线和电源旁路的基本原则
在设计RF电路的情况下，电源电路的设计以及电路基板布局多残留在高频信号通路的设计完成后。在未仔细考虑的设计中，电路周围的电源电压容易产生错误的输出或噪声，对RF电路的系统性能产生不良影响。合理分配PCB的板层，采用星形拓扑的VCC引线，通过在VCC销上增加适当的解块容量，有助于改善系统的性能，获得最佳指标。
合理的PCB层分配便于简化后续的配线处理，对于一个4层PCB（WLAN中经常使用的电路基板），在许多应用中，在电路基板的最上层配置元装置及RF引线，将第2层作为系统，将电源部配置在第3层可以将任何信号线分布在第四层。不受第二层干扰的接地面布局对于建立阻抗控制的RF信号通路是非常必要的，并且为了将两层之间的耦合抑制到最小限度，可以容易地获得尽可能短的接地环以向第一层和第三层提供高电隔离。当然，也可以采用其他的板层定义方式（特别是电路基板具有不同的层数的情况），但是上述结构是被验证的成功例。
大面积的电源层VCC能够容易布线，但是这样的结构是导致系统性能恶化的导火线，如果在大的平面上连接所有的电源引线，则不能避免销之间的噪声传输。相反，使用启动拓扑可以减轻不同电源销之间的结合。图1示出MAX2826IEEE802.11a/g从收发机的评估板获取的星连接VCC布线方案。在图中，构建了主VCC节点，该主节点引出不同分支的电源线，向RF IC的电源销供电。每个电源引脚使用独立的引线，提供引脚之间的空间隔离，有助于减少它们之间的结合。并且，各引线优选具有有对电源线上的高频噪声的滤波有贡献的寄生电感。
图1。开始拓扑VCC配线
使用开始拓扑VCC引线时，需要适当的电源解联，在去耦电容中有寄生电感。实际上，电容等效于串联RLC电路，并且如图2所示，电容在低频带中起主导作用，但是在自激发振荡频率SRF之后，电容的阻抗呈现电感性。由此可知，电容器仅在频率接近或低SRF时才具有解块作用，这些频率点容量表现为低电阻。图3示出了不同电容值的典型S11参数，并且还示出了从这些曲线清楚地示出了它们SRF，并且容量越大，以更低频率提供的解块性能越好（所示的阻抗越低）。
图2。电容器的等效电路
图3。电容阻抗在不同频率下的变化
VCC希望在星形拓扑的主节点配置2.2mICro那样的大容量的电容器。F。该容量具有低SRF，对于消除低频噪声并建立稳定的直流电压是有效的。IC的每个电源引脚需要诸如10nF之类的低容量电容电容器，以消除可能耦合到VCC线路上的高频噪声。向噪声感测电路（例如VCO的电源）供电的电源销有时需要将两个旁路电容连接到外部。例如，可以绕过一个10pF容量和一个10nF电容并联，提供更宽的频率范围的解块，并且可以尽可能地消除噪声对电源电压的影响。每个电源引脚需要怎样的解块容量，并且需要认真检查以确定实际电路在哪个频率点容易受到噪声干扰。
良好的电源解联技术与严谨的PCB布局、VCC引线（星体拓扑）结合，能够为任意的RF系统设计构筑稳定的基础。在实际设计中，系统性能指标降低的其他因素也存在，但ldquo；无噪声rdquo；的电源是优化系统性能的基本要素。
二、RF接地和打孔设计的基本原则
地层的布局和引线同样是WLAN电路基板设计的关键，有直接影响电路基板的寄生参数，使系统性能降低的危险性。RF电路设计中没有唯一的接地方案，并且在设计中可以实现某些方法中令人满意的性能指标。地表或引线可以分为模拟信号和数字信号，也可以分离大电流或耗电大的电路。根据以往WLAN评价板的设计经验，在4层板上使用单独的接地层可以得到良好的结果。通过这些经验，用地层可以将RF部分与其他电路隔离，以避免信号之间的交叉干扰。如上所述，电路基板的第二层通常用作接地面，第一层用于配置元件和RF引线。
在确定了接地层之后，必须注意，所有信号都通过最短的路径连接到地层，通常通过过孔将最上层的地线连接到地层，过孔作为感性表现。在图4中示出了霍尔的物理模型。图5示出Lvia是大修电感，Cvia是大修PCB焊盘的寄生电容的大修精密电气特性模型。使用这里讨论的地球布局技术，寄生容量可以忽略不计。深度1.6mm，孔径0.2mm的大修具有约0.75nH的电感，2.5GHz WLAN带宽等效电抗约12Omega24Omega;。因此，一个接地通孔不能为RF信号提供真正的接地通，在高品质的电路基板设计中，应该在RF电路部分提供尽可能多的接地通孔，尤其应该提供给通用IC封装中的裸接地垫。不良接地还使接收前端或功率放大器部分产生放射线，以降低增益和噪声系数指示符。另外，请注意接地垫的不良焊接会引起同样的问题。此外，功率放大器的功率消耗也需要多个连接地层的检修。
图4。钻孔的物理模型
图5。钻孔的电子模型
对其他电路的噪声进行滤波，抑制局部产生的噪声，消除通过段和段之间的电源线的交叉干扰是VCC解块的优点。当去耦环容量使用相同的接地通孔时，这些连接点的通孔由于大修和接地之间的电感效应而承担来自两个电源的所有RF干扰，以及丢失解环容量的功能为系统中的阶间噪声耦合提供另一条通路。
在本论文第三部分的论述中，可以看出PLL的实现在系统设计中总是面临很大的挑战，为了获得满意的分散特性，需要良好的接地布局。现在，在IC设计中，所有的PLL和VCO集成在芯片内部，大部分的PLL使用数字电流电荷泵输出通过一个环路滤波器控制VCO。通常，模拟控制电压需要用二次或三次RC环路滤波器对电荷泵的数字脉冲电流进行滤波。电荷泵接近输出的两个容量必须直接连接到电荷泵电路。这样，能够隔离接地电路的脉冲电流通路，能够将LO中的对应的分散频率抑制到最小限度。第三电容（在第三电容器滤波器的情况下）应直接连接到VCO的地层，以防止控制电压根据数字电流而浮动。违背这些原则，会产生相当大的杂散成分。
图6所示PCB布线的一个示例是，在接地垫上有多个接地通孔，能够独立于各VCC解块容量的接地通孔。块内的电路PLL环路滤波器，第一容量直接GNDCp连接，第二容量（与R串联）旋转180度，相同GND返回到Cp，第3个容量是GNDVCO连接。这种接地方案可以获得更高的系统性能。
图6。MAX2827参考设计板上PLL滤波器元件配置及接地示例
三、通过适当的电源旁路和接地抑制PLL杂信号
802.11a/b/g系统满足发送光谱模板的要求是设计过程中的难点，必须在平衡线性指标和消耗功率、维持充分的发送功率的前提下确保符合IEEE和FCC的规范。IEEE802.11g系统在天线端请求的典型输出功率为+15dBm，频率偏差为20MHz，尝试性63？28dBr。频带内的相邻信道的功率抑制比（ACpR）在一定的前提下，是对于特定应用正确的设备线性特性的函数。通过经验地调整Tx IC和PA的偏压，调谐PA的输入电平、输出电平和中间级的匹配网络来实现传输信道中ACpR特性优化的许多工作。
然而，引起ACpR的所有问题并非由于设备的线性特性。即使经过一系列的调整、功率放大器和PA驱动器（在ACpR中起主要作用的两个因素）的优化，WLAN发送器相邻特性也最好不达到预期指标。在这种情况下，需要注意，来自发送器锁相环PLL本振（LO）的杂波信号也同样降低ACpR性能。LO的色散信号与调制的基带信号混合，混合的分量沿着期望的信号信道放大（参见图7）。该混合效果仅在PLL杂质成分超过一定的阈值的情况下产生问题，在一定的阈值以下的情况下，ACpR主要受到PA非线性的限制。Tx输出功率和光谱模板特性为ldquo的情况。线性限制rdquo；需要平衡线性指标和输出功率。如果LO色散特性是约束ACpR性能的主要因素，则我们面临的是ldquo。分散限制rdquo；需要在指定的puOUT下将PA偏置到较高的动作点，并减弱对ACpR的影响。由此，消耗更大的电流，限制了设计的灵活性。
图7。802.11a/b/g光谱模板和分散导致的性能降低
上述讨论提出了PLL如何有效地将分散成分限制在一定范围内以不影响发射光谱的另一个问题。当发现杂质成分时，首先考虑使PLL环路滤波器的带宽变窄，使杂质信号的振幅衰减。这种方法在极少数情况下是有效的，但有几个潜在问题。
图8假定，如果环路滤波器是次要的并且截止频率是200kHz，则滚降速度通常是40dB/10倍频程，并且在20MHz的频率点处获得80dB的衰减。参考分散成分为？如果是40dBc（假设导致有害调制分量的电平），则生成分散的机制可能超过环路滤波器的作用范围（如果在滤波器）之前生成，则其幅度可能非常大）。压缩环路滤波器的带宽在不改善色散特性的情况下，提高PLL锁相时间，对系统有显著的负面影响。
图8。简化的PLL滤波器渐近线，对应的旋转角频率和色散位置
经验上，PLL抑制杂质的有效方法是合理的接地、电源布局和解块技术，本文讨论的布线原则是减少杂质成分的良好设计的开始。考虑到电荷泵有大的电流变化，非常需要采用星形拓扑。如果没有足够的隔离，则由电流脉冲产生的噪声耦合到VCO电源，调制VCO频率，通常称为ldquo。VCO牵引rdquo。绝缘性可以通过电源线之间的物理间隔、各VCC销的放大容量、接地通孔的合理配置、串联铁氧体元件的导入（作为最后的手段）等来提高。上述措施不需要在所有设计中使用，通过适当地采用各种方案，可以有效地降低杂散宽度。
图9提供了不合理VCO电源解耦合方案的结果，并且电源纹波示出电荷泵的开关效果在电源线上引起强干扰。幸运的是，这种强干扰可以通过增加旁路容量来有效地抑制。图10示出了电路改变后在同一点处的测量结果。
图9。不合理VCCVCO解联测试结果
图10。VCO在电源端子增加旁路容量后，降低了噪声。
另外，在电源布线不合理的情况下，例如VCO的电源引线位于电荷泵的电源下的情况下，在VCO的电源中能够观察到同样的噪声，所产生的杂质信号足以影响ACpR特性，即使强化了解块，试验结果也不得到改善。在这种情况下，通过考察PCB配线，再配置VCO的电源引线，能够有效地改善杂散特性，实现规格所要求的指标。
