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射频pcb设计指南 射频电路与芯片设计要点PDF

时间:2022-04-29 10:42:40 来源:PCBA 点击:0

射频pcb设计指南 射频电路与芯片设计要点PDF

一、RF无线射频电路PCB设计中常见的问题

射频((RF)PCB设计在当前公开的理论上具有许多不确定性,常常被形容为ldquo。黑色艺术通常保证,对于微波以下频带的电路(包括低频和低频数字电路,在全面掌握各种PCB设计原则的基础上的周密计划一次成功设计。在微波以上的频带和高频的pC类数字电路中,为了保证电路质量,需要2~3版本PCB。另一方面,在微波以上的频带RF电路中,需要更多的版本PCB设计,不断地改善,多以相当的经验为前提。由此可知RF电气设计上的困难。

1、数字电路模块与模拟电路模块之间的干扰

当模拟电路(射频)和数字电路单独操作时,可以分别良好地工作。但是,如果将两者放置在同一电路板上,并以相同的电源进行操作,则系统整体变得不稳定的可能性很高。这主要是因为数字信号在地和正电源(“3V”)之间频繁摇摆,周期特别短,常常是纳秒级。这些数字信号由于较大振幅和更短的开关时间,所以包含与开关频率独立的多个高频分量。在模拟单元中,从无线调谐电路传送到无线设备接收单元的信号通常小于1mu。V。因此,数字信号与射频信号之间的差达到120dB。显然,如果数字信号和射频信号不能很好地分离,则微弱的射频信号可能被破坏,这导致无线设备的操作性能恶化,并且不能完全操作。

2、供电电源干扰

射频电路对电源噪声特别是毛刺电压和其他高频谐波非常敏感。微控制器)电流的大部分在每个内部时钟周期短时间内突然被吸入,是因为现代微控制器是在CMOS过程中制造的。因此,假设一个微控制器以1MHz的内部时钟频率操作,则在该频率下从电源取出电流。如果不进行适当的电源解耦合,就一定会引起电源线的电压毛刺。当这些电压毛刺到达电路RF部分的电源销时,在严重的情况下,动作可能失效。

3、不合理的地线

RF电路的地线处理不当时,可能会发生一些奇怪的现象。关于数值电路PCB设计,即使没有地线层,大部分的数字电路功能也很好。RF在频带中,即使是短的地线也像电感器那样起作用。粗略计算,每毫米的电感量约为1nH、433MHz、10mmPCB线路的电感约为27Omega。不采用接地层的话,大部分的接地线都会变长,不能具有电路设计的特性。

4、天线对其他模拟电路部分的辐射干扰

PCB电路在设计中,基板上通常有其他模拟电路。例如,在多个电路中有模/数转换ADC或数/模转换器DAC。从射频发射器的天线发射的高频信号可到达ADC模拟输入端子。因为任何电路都可以像天线那样发送或接收RF信号。ADC在输入端子的处理不合理的情况下,RF信号在ADC输入ESD二极管内被自激发,有可能引起ADC偏差。

二、RF射频电路的PCB设计原则及方案

1、RF布局概念

设计布局RF时,必须优先满足以下总原则。

(1)尽量分离高输出RF放大器((HPA和低噪音放大器LNA),简单地说,将高输出RF发送电路远离低输出RF接收电路。

(2)确保PCB板上的高输出区域至少是一个土地整体,最好是上面没有开孔。当然,铜箔面积越大越好。

(3)电路和电源的解锁同样也非常重要。

(4)RF输出通常需要远离RF输入。

(5)敏感模拟信号应尽量远离高速数字信号和RF信号。

2、物理区分和电气区分PCB设计的原则

设计分区可以分解成物理分区和电分区。物理分区主要涉及元设备的布局、方向、屏蔽等。电分区可以继续分解为诸如电源分配、RF布线、机密电路和信号、和接地之类的分区。

3、物理分区原则

(1)元设备位置布局的原则。元装置布局是实现优秀RF设计的密钥,最有效的技术是首先固定位于RF路径的元装置,调整其方向,将RF路径的长度抑制到最小限度,使输入远离输出,尽量将高输出电路与低功率电路分离。

(2)PCB堆栈PCB设计的原则。最有效的电路基板层叠方法是在表层下面的第2层配置主接地面安排,尽可能将RF线配置在表层上。RF通过最小化路径上的大修尺寸,不仅可以减少路径电感,还可以减少主接地上的虚焊点,RF可以减少能量泄漏到层叠板内的其他区域的机会。

(3)射频设备及其RF布线布局的原则。在物理空间中,诸如多级放大器线性电路通常足以相互分离多个RF区域,但是双工器混频器和中频放大器/混频器必须注意,因为多个RF/IF信号总是相互干扰,所以将该影响抑制到最小限度。RF必须尽可能地与IF跟踪相交,尽可能地隔开它们之间的距离。正确的RF路径对于整个块PCB的性能非常重要,这通常是在蜂窝电话PCB设计中元设备布局占据大部分时间的原因。

(4)降低高/低功率设备干扰耦合PCB设计原则。在便携式电话机PCB中,通常将低噪音放大器电路配置在PCB的一个面上,将高功率放大器配置在另一个面上,最终可以通过双工器将RF电路连接到基带处理器端部的天线。为了防止通孔RF将能量从板的一个面传递到另一个面,经常使用的技术是在两个面上都使用盲孔。通过贯通孔安排在PCB板的两面不被RF干涉的区域,可以将贯通孔的不良影响抑制到最小限度。

4、电气分类原则

(1)电力传输的原则。由于便携式电话机中大的很多电路的直流电流相当小,所以布线宽度通常不是问题。但是,为了将传输压力抑制到最小限度,高功率放大器的电源必须分别设定尽可能大的大电流线。为了避免电流损失过多,需要多个通孔来将电流从一个层传递到另一层。

(2)高输出设备的电源断开连接。如果不能在高功率放大器的电源引脚端充分地进行解块,则高输出噪声会辐射到整个板上,从而产生许多问题。高功率放大器接地相当重要,通常需要设计金属屏蔽罩。

(3)RF输入输出分离的原则。在大多数情况下,同样重要的是RF输出远离RF输入。这也适用于放大器、缓冲存储器和过滤器。在最坏的情况下,如果放大器和缓冲器的输出以适当的相位和振幅反馈到输入端,则它们可能产生自激发振荡。在最佳情况下,它们可以在任何温度和电压条件下稳定地工作。实际上,它们变得不稳定,并且可能将噪声和互调制信号添加到RF信号中。

(4)过滤器输入输出分离的原则。如果射频信号线必须从滤波器的输入端绕过输出端,则这可能严重损害滤波器的带通特性。为了良好地分离输入和输出,首先在滤波器的周围配置一周地,接着在滤波器的下层区域也配置一个地,必须连接到包围滤波器的主地。尽可能地使需要通过滤波器的信号线远离滤波器引脚也是一个好方法。此外,必须注意整个板的各个位置的接地。否则,可能在不知不觉中引入不合需的耦合信道。

(5)数字电路与模拟电路的分离。在所有的PCB设计中,尽可能将数字电路远离模拟电路是RFPCB设计也同样适用的整体原则。通常,与用于遮挡和分离信号线的公共模拟相同重要,由于粗心引起的设计改变可能再次重复完成的设计。同样,RF线路应远离模拟线路和一些重要的数字信号,所有RF布线、垫和元件周围应尽可能多填充铜皮,并尽量主要连接。RF在走线必须通过信号线的情况下,主要连接的场所尽量在它们之间沿着RF走线配置。如果不可能的话,必须保证它们是交叉的。这能够将电容耦合抑制到最小限度,并且尽可能在各RF线的周围多配置布,与主地连接。此外,通过使并行RF线之间的距离最小小可,使感应耦合最小化。

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