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射频电路设计的注意事项、屏蔽方法以及走线与地884444.com
发布日期:2019-11-15 16:16   来源:未知   阅读:

  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」(black art) 。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。

  在 WiFi 产品的开发过程中,射频电路的布线(RF Circuit Layout Guide)是极为关键的一个过程。很多时候,我们可能在原理上已经设计的很完善,但是在实际的制板,上件过后发现很不理想,实际上这些都是布线(Layout)做的不够完善的原因。本文将以一个无线网卡的布线实例及本人的一点工作经验为大家讲解一下射频电路在布线中应该注意的一些问题。

  在无线网卡的PCB叠构中,基本上不会出现单面板的情况,所以本文也不会对单面板的情况加以讨论。

  在四层板的设计中,我们一般会将第二层作为完整的地平面,同时,也会把重要的信号线走在顶层(当然包括射频走线),以便于很好的控制阻抗。在六层板或者更多层板的设计中,我们同样会将第二层作为完整的地平面,然后在顶层走最重要的信号线。

  相信做过射频设计的人都应该知道,我们应该尽可能的使走线的长度较短,元器件摆放的越紧凑越好(特殊要求除外),同时,也会尽可能的保证元器件的摆放对布线很有利(不要使走线绕来绕去的)。如下图,是射频功率放大器(PA,Power Amplifier)的周围器件的摆放,我们看到,元器件之间的距离很小。

  如前所述,射频走线的长度要尽量短,线宽严格按照计算好的值去设定。在走线是尤其要注意的是,射频走线中不要有任何带有尖状的折点,在走线的转折处,最好要用弧线来实现,如下图

  其次,在多层板的走线中,有可能重要的射频线要产生不可避免的交叉,这时我们就要使用我们最不想使用的东西:过孔。这样,会有部分射频信号线走到底层甚至中间层,但无论是哪一层,射频走线一定会有参考平面,这时一个值得注意的问题就是不要跨层,或者说不要使地平面不连续。

  其次,在面积较大的地平面处,我们通常会放置很多的过孔用于连接不同层的地。这在射频电路的布线中,要注意的就是大过孔要没有规律的打,最好能弄成菱形的,这样可以最大限度的抑制各种干扰。

  (1)电源线是EMI 出入电路的重要途径。通过电源线,外界的干扰可以传入内部电路,影响RF电路指标。为了减少电磁辐射和耦合,要求DC-DC模块的一次侧、二次侧、负载侧环路面积最小。电源电路不管形式有多复杂,其大电流环路都要尽可能小。电源线和地线总是要很近放置。

  (6)常用到小功率电子滤波器,滤波电容要靠近三极管管脚,高频滤波电容更靠近管脚。三极管选用截止频率较低的。如果电子滤波器中的三极管是高频管,工作在放大区,外围器件布局又不合理,在电源输出端很容易产生高频振荡。线性稳压模块也可能存在同样的问题,原因是芯片内存在反馈回路,且内部三极管工作在放大区。在布局时要求高频滤波电容靠近管脚,减小分布电感,破坏振荡条件。

  (13)大面积的电源层能够使Vcc布线变得轻松,但是,这种结构常常是引发系统性能恶化的导火索,在一个较大平面上把所有电源引线接在一起将无法避免引脚之间的噪声传输。反之,如果使用星型拓扑则会减轻不同电源引脚之间的耦合。

  上图给出了星型连接的Vcc布线a/g收发器的评估板。图中建立了一个主Vcc节点,从该点引出不同分支的电源线,为RF IC的电源引脚供电。每个电源引脚使用独立的引线在引脚之间提供了空间上的隔离,有利于减小它们之间的耦合。另外,每条引线还具有一定的寄生电感,这恰好是我们所希望的,它有助于滤除电源线上的高频噪声。

  在Vcc星型拓扑的主节点处最好放置一个大容量的电容器,如2.2F。该电容具有较低的SRF,对于消除低频噪声、建立稳定的直流电压很有效。IC的每个电源引脚需要一个低容量的电容器(如10nF),用来滤除可能耦合到电源线上的高频噪声。对于那些为噪声敏感电路供电的电源引脚,可能需要外接两个旁路电容。例如:用一个10pF电容与一个10nF电容并联提供旁路,可以提供更宽频率范围的去耦,尽量消除噪声对电源电压的影响。每个电源引脚都需要认真检验,以确定需要多大的去耦电容以及实际电路在哪些频点容易受到噪声的干扰。

  良好的电源去耦技术与严谨的PCB布局、Vcc引线(星型拓扑)相结合,能够为任何RF系统设计奠定稳固的基础。尽管实际设计中还会存在降低系统性能指标的其它因素,但是,拥有一个“无噪声”的电源是优化系统性能的基本要素.

  2.1 大面积接地 为减少地平面的阻抗,达到良好的接地效果,建议遵守以下要求: a) 射频 PCB 的接地要求大面积接地; b) 在微带印制电路中,底面为接地面,必须确保光滑平整; c) 要将地的接触面镀金或镀银,导电良好,以降低地线最抗; d) 使用紧固螺钉,使其与屏蔽腔体紧密结合,紧固螺钉的间距小于/20(依具体情 况而定)。

  2.3 射频器件的接地 表面贴射频器件和滤波电容需要接地时,为减少器件接地电感,要求: a) 至少要有 2 根线接铺地铜箔; b) 用至少 2 个金属化过孔在器件管脚旁就近接地。 c) 增大过孔孔径和并联若干过孔。 d) 有些元件的底部是接地的金属壳,要在元件的投影区内加一些接地孔,表面层 不得布线 微带电路的接地 微带印制电路的终端单一接地孔直径必须大于微带线宽,或采用终端大量成排密布小孔 的方式接地。

  5.1.1 此类屏蔽罩被广泛使用,如图 27。材料一般为薄的铝合金,制造工艺一般采用冲 压折弯或压力铸造工艺,这种屏蔽罩有较多的螺钉孔,便于螺钉固定。部分需铝合金盖子和 吸波材料增强屏蔽性能。射频 PCB 需装在屏蔽腔内,要选择合适的屏蔽腔尺寸,使其最低 谐振频率远高于工作频率,最好 10 倍以上,详见附录 G“金属屏蔽腔的尺寸设计”。

  5.2.1 屏蔽罩与 PCB 板接触的罩体设计时应考虑 PCB bottom 面的器件高度,特别是插 件器件引脚伸出的高度。

  5.2.2 需考虑螺丝禁布区的大小,防止组装时损坏表层线路或器件。射频功放板由于结 构尺寸的限制,其单板尺寸相对较小,故一般要求螺钉安装空间(禁布区)至少在安装孔焊 盘外侧。螺钉安装空间见表 5

  5.2.7 需考虑 SMA 微带插座与 PCB 板接触时的高度匹配,否则焊接可靠性存在影响。 如图29所示,设计时须考虑PCB板厚的公差(10%),金属屏蔽腔的加工误差(0.05mm)。 建议 SMA 微带插座与 PCB 板的高度间隙不超过 0.5mm,插座与焊盘不允许有明显偏差。

  首先将线宽不同的两块板(表层铺地前)由ALLEGRO导入SIWAVE,在目标线端口。针对不同线mm, 我们的仿线所示,图中显示的曲线 (线 (线

  由图中可以看到,在800MHz-1GHz的范围内,仿真的数据展示为小数点后一到两位的数量级,0.35mm的损耗要比0.1016mm的线小一个数量 级,这是因为0.35mm的线宽在该板的层叠条件下其特征阻抗接近50。 因此间接验证了我们所做的阻抗计算(用线宽约束)是有一定作用的。

  接下来我们做了表层铺地后的同样的仿线GHz),导入的PCB文件如下图。

  图3a:0.1016 mm的射频线 mm的射频线:表层铺过地后的PCB

  结构需要在 PCB 板上体现出来。比如腔壳的外边厚度大小,中间隔腔的厚度大小, 倒角半径大小和隔腔上的螺钉大小等等(换句话说,结构设计是根据 完成后的 PCB 上所画的轮廓(结构部分)进行具体设计的)。一般情 况,外边腔厚度为 4mm;内腔宽度为 3mm;点胶工艺的为 2mm;倒角 半径 2.5mm。以 PCB 板的左下角为原点,隔腔需在栅格 0.5 的整数倍, 最少需要做到栅格为 0.1 的整数倍。这样有利于结构加工商进行加工, 误差控制比较精确些。当然,这需要根据客户的要求来设计。

  (2) 布局要求 布局优先对射频链路进行布局,然后对其它电路进行布局。 A 射频链路布局注意事项 完全根据原理图的先后顺序(输入到输出,包括每个元件的先后 位置和元件与元件之间的间距都有讲究的。有的元件与元件之间距离 不宜过大,比如 网。)进行布局,布局成“一”字形或者“L”形。 在实际的射频链路布局中,因受产品的空间限制,不可能完全实 现,这就迫使我们将布局成“U”形。布局成 U 形并不是不可以,但 需要在中间加隔腔将其左右进行隔离,做好屏蔽。

  还有一种在横向也需要添加隔腔。即,用隔腔把一字形左右进行 隔离。这主要是因为需要隔离部分非常敏感或易干扰其它电路;另外, 还有一种可能就是一字形输入端到输出端这段电路的增益过大,也需 要用隔腔将其分开(若增益过大,腔体太大,可能会引起自激。)。

  B 芯片外围电路布局 射频器件外围电路布局严格参照 datasheet 上面的要求进行布 局,受空间限制可以进行调整;数字芯片外围电路布局就不多讲了。

  二、 布线 欧姆阻抗线宽进行布线,尽量从焊盘中心出线,线成直 线,尽量走在表层。在需要拐弯的地方做成 45 度角或圆弧走线,推 荐在电容或电阻两边进行拐弯。如果遇到器件走线匹配要求的,请严 格按照 datasheet 上面的参考值长度走线。比如,一个放大管与电容 之间的走线长度(或电感之间的走线长度)要求等等。

  在进行 PCB 设计时,为了使高频电路板的设计更合理,抗干扰性能更 好,应从以下几方面考虑(通用做法):

  (3)螺钉放置(需要了解结构知识) 为了使 PCB 与底座和腔壳之间有更紧密的接触(更好的屏蔽) 需要在 PCB 板上放置螺钉孔位置。 PCB 与腔壳之间螺钉放置方法:隔腔每个交叉的地方放置一个螺 钉。在实际设计中,比较难实现,可以根据模块电路功能进行适当调 整。但不管怎样,腔壳四个角上必须都有螺钉。007353.com园方开放了馆舍。884444.com,,