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射频板设计经验总结

发布日期:2022-08-09 09:37:08  |  关注:108

根据射频板50Ω特性阻抗所需的线宽和铺地间距,选择正确的传输线类型(微带线或带状线);

射频板通过阻抗计算工具确保阻抗线路安装50Ω特性阻抗设计,并确定线宽和铺地间距以及结构;为保持射频线路特性阻抗的连续性,保持射频布线宽度和线间距保持一致,不发生突变。针对带状线,铺地间距应小于传输线与参考面的厚度,否则带状线将变为微带线;针对带状线,确保镜像地面积尽量大,至少要大于传输线与地的间隙,为射频传输线提供一个干净,没有干扰的,同时没有任何射频信号线通过其下穿过的镜像地,以提供一个良好的射频信号信号回路,尽量缩短传输线的长度,长的传输线将带来衰减,避免射频传输线的直角,必须需要拐角时应进行直角补偿,见附图1;

图1:直角补偿.png

射频板的射频信号线上尽量不要出现分叉或者之脚,都会对射频阻抗产生影响;

不要在射频传输线上平行布置任何线路,这样的线路会增加线与线之间的额耦合,不要在射频传输线上设置测试点;

二、射频板PCB电路板叠层

推荐使用射频板四层板结构,层设置架构如下:

【Top layer】射频IC和元件、射频传输线、天线、去耦电容和其他信号线,见附图2;

图2:Top layer.png

【Layer 2】地平面

【Layer 3】电源平面

【Bottomlayer】非射频元件和信号线

完整的电源平面提供极低的电源阻抗和分布的去耦电容,同时射频信号线有一个完整的参考地,为射频信号提供完整恒定不变的参考,有利于射频传输线阻抗的连续性。

两层板主要用于低成本,简单的电路板。为是设计50Ω特性阻抗,一般电路板厚度要很小,同时射频板电路板的也无法提供完整的地平面。

1、地平面

地平面设计在射频电路板设计中十分重要,见图3。射频信号的返回路径就是射频信号线下的地平面,良好的地射频板设计是完整的且尽可能宽的不存在中断地平面,一旦返回路径的地平面被中断,返回信号就会找一个更小阻抗的路径回流,这样就加大电流环路,增加了电感引起不必要的EMI的干扰。同时增加了阻抗匹配的难度同时产生一定的衰减。过窄的地平面是传输线的性能改变,可能会带来更多的射频信号泄露。

图3:Layer 2.png

2、地平面设计规则

作为射频信号线镜像回流地的平面要完整,并且独立定义,同时不要有任何其他信号线在地平面上布置;

对于Top Layer和Bottom Layer空白部分,建议做铺地处理,并且通过间距不大于λ/20的过孔将各部分地连在一起;

对于高密度电路板(例如含CSP封装)不建议使用2层电路板,尽可能采用4层板进行设计;

尽量不要将地平面做分地处理,除非保证在地平面上电流不会形成环流;

射频信号线下的地平面要尽可能的宽,地平面过窄会引起寄生参数同时增加衰减;

地平面、顶层的地已经连接两层的过孔,应尽量保证射频信号线做到完全的“屏蔽”,以增加产品的EMC能力。

同时建议通过地孔将电源平面包裹起来,避免不必要的电子辐射。

三、电源退耦

电源供电需要通过退耦电容滤除IC的噪声,见图4,避免噪声在不同设备(IC)之间流转,同时电源噪声会增加频率合成器的相位噪声,降低接收机的接收灵敏度,增加信号的杂散等不利影响。

图4:电源退耦.png

电源退耦建议

退耦电容放置离电源越近越好;

退耦电容容值越小离供电管脚越近;

尽量将退耦电容和电源设置在同一个平面,如果无法将所有的电容放置在同一个平面,优先小容值的电容;

供电电源经过退耦电容后进入IC,在退耦电容和IC管脚之间不要放置过孔。

为每个退耦电容设置一个地过孔,不要共用地过孔。

对于设置了独立电源层的电路板,使用独立的过孔为每个用电“单位”供电,不要共用电源过孔。

四、过孔

过孔是连接不同信号层的关键“装置”,然而他具有极高的寄生参数,会带来很多寄生干扰和问题。

过孔规则

使用尽可能的多的过孔连接不同层,且间隔不大于信号波长的λ/20;

“地孔伴随”,在信号线附近设置尽可能的多的过孔,以降低过孔的寄生电感,见图5;

图5:地孔伴随.png

焊盘和焊点不要共用过孔,尽量独立;

尽量避免射频信号跨层;

QFN封装的器件,其底部设置尽可能多的过孔;

可以使用地孔来隔离干扰源和敏感电路;

五、电容、电感

电容使用规则

射频板的射频电路使用C0G/NP0两种规格的电容,避免受到温度变化的影响;

晶振的负载电容,使用C0G/NP0两种规格的电容;

用于匹配的电容,应工作在其自谐振频率(SRF)以下;

射频电路采用高Q的电容;

用于退耦的电容,没必要采用C0G电容,一般采用X5R或X7R即可(根据温度决定);

退耦电容采用SRF对应值的电容;

建议使用小封装的电容(如0201或0402),降低寄生参数对射频电路的影响;

对于已经匹配的射频信号线路的隔直电容,最好采用SRF与信号频率比较接近的电容,具有较低的ESR,减小信号的衰减。

射频板.jpg

电感使用规则

采用高Q值的电感用于匹配电路,应工作在其自谐振频率(SRF)以下;

用于滤波的电感,应使用其自谐振频率接近噪声频率;

相邻电感不要平行放置,应尽量增加距离并垂直放置;

射频陶瓷电感具有价格优势和较高的SRF,但是其Q值较低同时耐流较差,尤其高感值的电感,使用时仔细核对器件手册;

绕线电感具有极低的直流电阻,高的Q值和较大的耐流;综合绕线电感的性能优于陶瓷电感,但成本较高。