RF無(wú)線射頻電路設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題及設(shè)計(jì)原則(1)

1、RFRF 無(wú)線射頻電路設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題及設(shè) 計(jì)原則 (1)(1)摘要：詳細(xì)介紹 RFRF 電路設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題及其解決方案。 關(guān)鍵詞：PCBPCB 無(wú)線射頻；RFRF 電路；設(shè)計(jì)1 1 引言射頻 PCBPCB 設(shè)計(jì)，在目前公開(kāi)出版的理論上具有很多不確定性， 常被形容為一種“黑色藝術(shù)” 。通常情況下，對(duì)于微波以下 頻段的電路，在全面掌握各類(lèi)設(shè)計(jì)原則前提下的仔細(xì)規(guī)劃是 一次性成功設(shè)計(jì)的保證。對(duì)于微波以上頻段和高頻的 PCPC 類(lèi) 數(shù)字電路。則需要 2 23 3 個(gè)版本的 PCBPCB 方能保證電路品質(zhì)。而 對(duì)于微波以上頻段的 RFRF 電路.則往往需要更多版本的：PCBPCB設(shè)計(jì)并不斷完善，而且是

2、在具備相當(dāng)經(jīng)驗(yàn)的前提下。由此可 知 RFRF 電設(shè)計(jì)上的困難。2RF2RF 電路設(shè)計(jì)的常見(jiàn)問(wèn)題2 21 1 數(shù)字電路模塊和模擬電路模塊之間的干擾 如果模擬電路和數(shù)字電路單獨(dú)工作，可能各自工作良好。但 是，一旦將二者放在同一塊電路板上，使用同一個(gè)電源一起 工作，整個(gè)系統(tǒng)很可能就不穩(wěn)定。這主要是因?yàn)閿?shù)字信號(hào)頻 繁地在地和正電源之間擺動(dòng)，而且周期特別短，常常是納秒 級(jí)的。由于較大的振幅和較短的切換時(shí)間。使得這些數(shù)字信 號(hào)包含大量且獨(dú)立于切換頻率的高頻成分。在模擬部分，從 無(wú)線調(diào)諧回路傳到無(wú)線設(shè)備接收部分的信號(hào)一般小于I I 卩 V V。因此數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)之間的差別會(huì)達(dá)到120dB120dB。顯然

3、.如果不能使數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)很好地分離。微弱的射頻信號(hào) 可能遭到破壞 , , 這樣一來(lái)，無(wú)線設(shè)備工作性能就會(huì)惡化，甚 至完全不能工作。2 22 2 供電電源的噪聲干擾 射頻電路對(duì)于電源噪聲相當(dāng)敏感 , , 尤其是對(duì)毛刺電壓和其他 高頻諧波。微控制器會(huì)在每個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期內(nèi)短時(shí)間突然吸 人大部分電流，這是由于現(xiàn)代微控制器都采用CMOCMO 工藝制造。因此。假設(shè)一個(gè)微控制器以 lMHzlMHz 的內(nèi)部時(shí)鐘頻率運(yùn)行，它 將以此頻率從電源提取電流。如果不采取合適的電源去 耦必將引起電源線上的電壓毛刺。如果這些電壓毛刺到達(dá) 電路 RFRF 部分的電源引腳，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致工作失效。2 23 3 不合理的地

4、線如果 RFRF 電路的地線處理不當(dāng)，可能產(chǎn)生一些奇怪的現(xiàn)象。對(duì) 于數(shù)字電路設(shè)計(jì) , , 即使沒(méi)有地線層 , , 大多數(shù)數(shù)字電路功能也 表現(xiàn)良好。而在 RFRF 頻段，即使一根很短的地線也會(huì)如電感 器一樣作用 。 粗略地計(jì)算 , , 每毫米長(zhǎng)度的 電感量約為 lnH,433MHzlnH,433MHz 時(shí) lOtoniPCBlOtoniPCB 線路的感抗約 2727Q。如果不采用 地線層，大多數(shù)地線將會(huì)較長(zhǎng)， 電路將無(wú)法具有設(shè)計(jì)的特性。2 24 4 天線對(duì)其他模擬電路部分的輻射干擾在 PCBPCB 電路設(shè)計(jì)中，板上通常還有其他模擬電路。例如，許 多電路上都有模，數(shù)轉(zhuǎn)換或數(shù)模轉(zhuǎn)換器。射頻發(fā)送器的天

5、 線發(fā)出的高頻信號(hào)可能會(huì)到達(dá) ADCADC 的模擬輸入端。因?yàn)槿魏?電路線路都可能如天線一樣發(fā)出或接收 RFRF 信號(hào)。如果 ADCADC 輸入端的處理不合理，RFRF 信號(hào)可能在 ADCADC 輸入的 ESDESD 二極管 內(nèi)自激。從而引起 ADCADC 偏差。3RF3RF 電路設(shè)計(jì)原則及方案3 3. 1RF1RF 布局概念在設(shè)計(jì) RFRF 布局時(shí)，必須優(yōu)先滿(mǎn)足以下幾個(gè)總原則： 盡可能地把高功率 RFRF 放大器和低噪音放大器隔離開(kāi)來(lái)，簡(jiǎn) 單地說(shuō)，就是讓高功率RFRF 發(fā)射電路遠(yuǎn)離低功率 RFRF 接收電路： 確保 PCBPCB 板上高功率區(qū)至少有一整塊地， 最好上面沒(méi)有過(guò)孔， 當(dāng)然，銅箔面

6、積越大越好； 電路和電源去耦同樣也極為重要；RFRF 輸出通常需要遠(yuǎn)離 RFRF 輸入；敏感的模擬信號(hào)應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號(hào)和RFRF 信號(hào)。3 3. 2 2 物理分區(qū)和電氣分區(qū)設(shè)計(jì)原則 設(shè)計(jì)分區(qū)可以分解為物理分區(qū)和電氣分區(qū)。物理分區(qū)主要涉 及元器件布局、方向和屏蔽等；電氣分區(qū)可以繼續(xù)分解為電 源分配、RFRF 走線、敏感電路和信號(hào)以及接地等的分區(qū)。3 32 21 1 物理分區(qū)原則 元器件位置布局原則。元器件布局是實(shí)現(xiàn)一個(gè)優(yōu)秀 RFRF 設(shè)計(jì) 的關(guān)鍵最有效的技術(shù)是首先固定位于 RFRF 路徑上的元器件并調(diào)整其方向 , , 以便將 RFRF 路徑的長(zhǎng)度減到最小 , , 使輸入遠(yuǎn)離 輸出。并盡

7、可能遠(yuǎn)地分離高功率電路和低功率電路。PCBPCB 堆疊設(shè)計(jì)原則。最有效的電路板堆疊方法是將主接地面 安排在表層下的第二層，并盡可能將 RFRF 線布置在表層上。 將 RFRF 路徑上的過(guò)孔尺寸減到最小，這不僅可以減少路徑電感， 而且還可以減少主地上的虛焊點(diǎn)，并可減少 RFRF 能量泄漏到層 疊板內(nèi)其他區(qū)域的機(jī)會(huì)。射頻器件及其 RFRF 布線布局原則。在物理空間上，像多級(jí)放大 器這樣的線性電路通常足以將多個(gè) RFRF 區(qū)之間相互隔離開(kāi)來(lái)， 但是雙工器、混頻器和中頻放大器混頻器總是有多個(gè)RFRFIFIF 信號(hào)相互干擾因此必須小心地將這一影響減到最小。RFRF 與 IFIF 跡線應(yīng)盡可能十字交叉，并

8、盡可能在它們之間隔一 塊地。正確的 RFRF 路徑對(duì)整塊 PCBPCB 的性能非常重要，這就是 元器件布局通常在蜂窩電話 PCBPCB 設(shè)計(jì)中占大部分時(shí)間的原因。 降低高 / / 低功率器件干擾耦合的設(shè)計(jì)原則。在蜂窩電話PCBPCB上，通?？梢詫⒌驮胍舴糯笃麟娐贩旁?PCBPCB 的某一面，而將高 功率放大器放在另一面 , , 并最終通過(guò)雙工器把它們?cè)谕幻嫔线B接到 RFRF 端和基帶處理器端的天線上。要用技巧來(lái)確保 通孔不會(huì)把 RFRF 能量從板的一面?zhèn)鬟f到另一面，常用的技術(shù) 是在二面都使用盲孔?？梢酝ㄟ^(guò)將通孔安排在PCBPCB 板二面都不受 RFRF 干擾的區(qū)域來(lái)將通孔的不利影響減到最小。

9、3 32 22 2 電氣分區(qū)原則 功率傳輸原則。蜂窩電話中大多數(shù)電路的直流電流都相當(dāng)小 因此，布線寬度通常不是問(wèn)題。不過(guò)必須為高功率放大器 的電源單獨(dú)設(shè)定一條盡可能寬的大電流線，以將傳輸壓降減 到最低。為了避免太多電流損耗 , , 需要采用多個(gè)通孔來(lái)將電 流從某一層傳遞到另一層。高功率器件的電源去耦。如果不能在高功率放大器的電源引 腳端對(duì)它進(jìn)行充分的去耦，那么高功率噪聲將會(huì)輻射到整塊 板上，并帶來(lái)多種的問(wèn)題。高功率放大器的接地相當(dāng)關(guān)鍵， 經(jīng)常需要為其設(shè)計(jì)一個(gè)金屬屏蔽罩。RFRF 輸入，輸出隔離原則。在大多數(shù)情況下，同樣關(guān)鍵的是確 保 R RF F輸出遠(yuǎn)離 RFRF 輸入。這也適用于放大器、緩沖器和濾波 器。在最壞情況下，如果放大器和緩沖器的輸出以適當(dāng)?shù)南?位和振幅反饋到它們的輸入端，那么它們就有可能產(chǎn)生自激 振蕩。在最好情況下，它們將能在任何溫度和電壓條件下穩(wěn) 定地工作。實(shí)際上。它們可能會(huì)變得不穩(wěn)定，并將噪音和互 調(diào)信號(hào)添加到 RFRF 信號(hào)上。濾波器輸入，輸出隔離原則。如果射頻信號(hào)線不得不從濾波 器的輸入端繞回輸出端，那么，這可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p害濾