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RF射频电路板设计技巧

发布日期:2022-07-28 16:55:18  |  关注:118

  成功的RF射频电路板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)设备和行动电话的需求与成长促使业者越来越关注RF射频电路设计的技巧从过去到现在RF射频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)射频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(black art)但这只是一种以偏盖全的观点RF射频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迭板波长和谐波...等本文将集中探讨与RF射频电路板分区设计有关的各种问题.

  微过孔的种类

  射频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0.05mm0.20mm这些过孔一般分为三类即盲孔(blind via)埋孔(bury via)和通孔(through via)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迭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.

RF射频电路板.jpg

  采用分区技巧

  在设计RF射频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RF接就是让高功率RF发射电路远离低功率收电路如果PCB射频电路板上有很多空间那幺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射频电路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(physical partitioning)和电气分区(Electrical partitioning)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功率电路最有效的射频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能量泄漏到层迭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RF/IF信号相互干扰因此必须小心地将这一影响减到最小RFIF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射频电路板的性能而言非常重要这也就是为什幺零组件布局通常在行动电话PCB射频电路板设计中占大部份时间的原因,在行动电话PCB射频电路板上通常可以将低噪音放大器电路放在PCB射频电路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射频板两面都不受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射频电路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。