射頻電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)全匯總

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 射頻電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)全匯總 射頻電路中元器件封裝的注意事項(xiàng) 成功的RF設(shè)計(jì)必須仔細(xì)注意整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中每個(gè)步驟及每個(gè)細(xì)節(jié)，這意味著必須在設(shè)計(jì)開(kāi)始階段就要開(kāi)展徹底的、仔細(xì)的規(guī)劃，并對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)步驟的進(jìn)展開(kāi)展全面持續(xù)的評(píng)估。而這種細(xì)致的設(shè)計(jì)技巧正是國(guó)內(nèi)大多數(shù)電子企業(yè)文化所欠缺的。 近幾年來(lái)，由于藍(lán)牙設(shè)備、無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)設(shè)備，和移動(dòng)電話的需求與成長(zhǎng)，促使業(yè)者越來(lái)越關(guān)注RF電路設(shè)計(jì)的技巧。從過(guò)去到現(xiàn)在，RF電路板設(shè)計(jì)如同電磁干擾(EMI)問(wèn)題一樣，一直是工程師們難掌控的部份，甚至是夢(mèng)魘。若想要就設(shè)計(jì)成功，必須事先仔細(xì)規(guī)劃和注重細(xì)節(jié)才能奏效。 射頻(RF)電路板設(shè)計(jì)由于

2、在理論上還有很多不確定性，因此常被形容為一種黑色藝術(shù)(black art) 。但這只是一種以偏蓋全的觀點(diǎn)，RF電路板設(shè)計(jì)還是有許多可以遵循的法則。不過(guò)，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，真正實(shí)用的技巧是當(dāng)這些法則因各種限制而無(wú)法實(shí)施時(shí)，如何對(duì)它們開(kāi)展折衷處理。重要的RF設(shè)計(jì)課題包括：阻抗和阻抗匹配、絕緣層材料和層疊板、波長(zhǎng)和諧波.等。 該視頻是描述了射頻電路中，新建電路元器件封裝大小的注意事項(xiàng)。 在 WiFi 產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，射頻電路的布線(RF Circuit Layout Guide)是極為關(guān)鍵的一個(gè)過(guò)程。很多時(shí)候，我們可能在原理上已經(jīng)設(shè)計(jì)的很完善，但是在實(shí)際的制板，上件過(guò)后發(fā)現(xiàn)很不理想，實(shí)際上這些都是布線

3、(Layout)做的不夠完善的原因。本文將以一個(gè)無(wú)線網(wǎng)卡的布線實(shí)例及本人的一點(diǎn)工作經(jīng)驗(yàn)為大家講解一下射頻電路在布線中應(yīng)該注意的一些問(wèn)題。 電路板的疊構(gòu)(PCB Stack Up) 在開(kāi)展布線之前，我們首先要確定電路板的疊構(gòu)，就像蓋房子要先有房子的墻壁。電路板的疊構(gòu)確實(shí)定與電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，電磁兼容的考慮等很多因素有關(guān)。下列圖給出了四層板，六層板和八層板的常用疊構(gòu)方式。 在無(wú)線網(wǎng)卡的PCB疊構(gòu)中，基本上不會(huì)出現(xiàn)單面板的情況，所以本文也不會(huì)對(duì)單面板的情況加以討論。 兩層板設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問(wèn)題。 在四層板的設(shè)計(jì)中，我們一般會(huì)將第二層作為完整的地平面，同時(shí)，也會(huì)把重要的信號(hào)線走在頂層(當(dāng)然包括射頻走線

4、)，以便于很好的控制阻抗。在六層板或者更多層板的設(shè)計(jì)中，我們同樣會(huì)將第二層作為完整的地平面，然后在頂層走重要的信號(hào)線。 PS：可以使用Polar計(jì)算單端阻抗與阻抗等，有些Layout軟件自身就集成了阻抗計(jì)算器，如Allegro。 阻抗控制 在我們開(kāi)展原理設(shè)計(jì)與仿真之后，在Layout中很值得注意的一件事情就是阻抗控制。眾所周知，我們應(yīng)該盡量保證走線的特征是50歐姆，這主要和線寬有關(guān)，在本實(shí)例中，是兩層半，在Polar中采用Surface Coplanar Line模型開(kāi)展阻抗的計(jì)算，我們可以得到一組比較理想的值：Height(H)=39.6mil, Track(W)=30mil, Track(

5、W1)=30mil,Thickness=1OZ=1.4mil, Separation(S)=7mil, Dielectric(Er)=4.2，對(duì)應(yīng)的特征阻抗是52.14歐姆，符合要求。如下列圖中高亮的線就是這樣的一條射頻走線。 射頻元器件的擺放 相信做過(guò)射頻設(shè)計(jì)的人都應(yīng)該知道，我們應(yīng)該盡可能的使走線的長(zhǎng)度較短，元器件擺放的越緊湊越好(特殊要求除外)，同時(shí)，也會(huì)盡可能的保證元器件的擺放對(duì)布線很有利(不要使走線繞來(lái)繞去的)。如下列圖，是射頻功率放大器(PA，Power Amplifier)的周圍器件的擺放，我們看到，元器件之間的距離很小。 射頻走線應(yīng)該注意的問(wèn)題 如前所述，射頻走線的長(zhǎng)度要盡量短，

6、線寬嚴(yán)格按照計(jì)算好的值去設(shè)定。在走線是尤其要注意的是，射頻走線中不要有任何帶有尖狀的折點(diǎn)，在走線的轉(zhuǎn)折處，要用弧線來(lái)實(shí)現(xiàn)，如下列圖 其次，在多層板的走線中，有可能重要的射頻線要產(chǎn)生不可防止的交叉，這時(shí)我們就要使用我們不想使用的東西：過(guò)孔。這樣，會(huì)有部分射頻信號(hào)線走到底層甚至中間層，但無(wú)論是哪一層，射頻走線一定會(huì)有參考平面，這時(shí)一個(gè)值得注意的問(wèn)題就是不要跨層，或者說(shuō)不要使地平面不連續(xù)。 過(guò)孔的放置 過(guò)孔的放置真的是一件比較復(fù)雜的事情，本文只討論那種接地的過(guò)孔。 首先，射頻走線的旁邊的地線能通過(guò)過(guò)孔打穿，接到底層或者中間層的地平面上，這樣可以是任何干擾信號(hào)或者輻射有短的到地的通路，但是，過(guò)孔與射頻

7、信號(hào)線的距離又不能太近，否則會(huì)嚴(yán)重影響射頻信號(hào)質(zhì)量，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中可靈活把握，如下列圖，我們看到，高亮的信號(hào)線兩層分布著很多過(guò)孔。 其次，在面積較大的地平面處，我們通常會(huì)放置很多的過(guò)孔用于連接不同層的地。這在射頻電路的布線中，要注意的就是大過(guò)孔要沒(méi)有規(guī)律的打，能弄成菱形的，這樣可以限度的抑制各種干擾。 射頻電路電源設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) (1)電源線是EMI 出入電路的重要途徑。通過(guò)電源線，外界的干擾可以傳入內(nèi)部電路，影響RF電路指標(biāo)。為了減少電磁輻射和耦合，要求DC-DC模塊的側(cè)、二次側(cè)、負(fù)載側(cè)環(huán)路面積。電源電路不管形式有多復(fù)雜，其大電流環(huán)路都要盡可能小。電源線和地線總是要很近放置。 (2)如果電

8、路中使用了開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源的外圍器件布局要符合各功率回流路徑短的原則。濾波電容要靠近開(kāi)關(guān)電源相關(guān)引腳。 使用共模電感，靠近開(kāi)關(guān)電源模塊。 (3)單板上長(zhǎng)距離的電源線不能同時(shí)接近或穿過(guò)級(jí)聯(lián)放大器(增益大于45dB)的輸出和輸入端附近。防止電源線成為RF信號(hào)傳輸途徑，可能引起自激或降低扇區(qū)隔離度。長(zhǎng)距離電源線的兩端都需要加上高頻濾波電容，甚至中間也加高頻濾波電容。 (4)RF PCB的電源入口處組合并聯(lián)三個(gè)濾波電容，利用這三種電容的各自優(yōu)點(diǎn)分別濾除電源線上的低、中、高頻。例如：10uf，0.1uf，100pf。并且按照從大到小的順序依次靠近電源的輸入管腳。 (5)用同一組電源給小信號(hào)級(jí)聯(lián)放大器饋

9、電，應(yīng)領(lǐng)先從末級(jí)開(kāi)始，依次向前級(jí)供電，使末級(jí)電路產(chǎn)生的EMI 對(duì)前級(jí)的影響較小。且每的電源濾波至少有兩個(gè)電容：0.1uf，100pf。 當(dāng)信號(hào)頻率高于1GHz時(shí)，要增加10pf濾波電容。 (6)常用到小功率電子濾波器，濾波電容要靠近三極管管腳，高頻濾波電容更靠近管腳。三極管選用截止頻率較低的。如果電子濾波器中的三極管是高頻管，工作在放大區(qū)，外圍器件布局又不合理，在電源輸出端很容易產(chǎn)生高頻振蕩。線性穩(wěn)壓模塊也可能存在同樣的問(wèn)題，原因是芯片內(nèi)存在反應(yīng)回路，且內(nèi)部三極管工作在放大區(qū)。在布局時(shí)要求高頻濾波電容靠近管腳，減小分布電感，破壞振蕩條件。 (7)PCB的POWER部分的銅箔尺寸符合其流過(guò)的電流

10、，并考慮余量(一般參考為1A/mm線寬)。 (8)電源線的輸入輸出不能交叉。 (9)注意電源退耦、濾波，防止不同單元通過(guò)電源線產(chǎn)生干擾，電源布線時(shí)電源線之間應(yīng)相互隔離。電源線與其它強(qiáng)干擾線(如CLK)用地線隔離。 (10)小信號(hào)放大器的電源布線需要地銅皮及接地過(guò)孔隔離，防止其它EMI干擾竄入，進(jìn)而惡化本級(jí)信號(hào)質(zhì)量。 (11)不同電源層在空間上要防止重疊。主要是為了減少不同電源之間的干擾，特別是一些電壓相差很大的電源之間，電源平面的重疊問(wèn)題一定要設(shè)法防止，難以防止時(shí)可考慮中間隔地層。 (12)PCB板層分配便于簡(jiǎn)化后續(xù)的布線處理，對(duì)于一個(gè)四層PCB板(WLAN中常用的電路板)，在大多數(shù)應(yīng)用中用電

11、路板的頂層放置元器件和RF引線，第二層作為系統(tǒng)地，電源部分放置在第三層，任何信號(hào)線都可以分布在第四層。 第二層采用連續(xù)的地平面布局對(duì)于建立阻抗受控的RF信號(hào)通路非常必要，它還便于獲得盡可能短的地環(huán)路，為層和第三層提供高度的電氣隔離，使得兩層之間的耦合。當(dāng)然，也可以采用其它板層定義的方式(特別是在電路板具有不同的層數(shù)時(shí))，但上述構(gòu)造是經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的一個(gè)成功范例。 (13)大面積的電源層能夠使Vcc布線變得輕松，但是，這種構(gòu)造常常是引發(fā)系統(tǒng)性能惡化的導(dǎo)火索，在一個(gè)較大平面上把所有電源引線接在一起將無(wú)法防止引腳之間的噪聲傳輸。反之，如果使用星型拓?fù)鋭t會(huì)減輕不同電源引腳之間的耦合。 上圖給出了星型連接的V

12、cc布線方案，該圖取自MAX2826 IEEE 802.11a/g收發(fā)器的評(píng)估板。圖*立了一個(gè)主Vcc節(jié)點(diǎn)，從該點(diǎn)引出不同分支的電源線，為RF IC的電源引腳供電。每個(gè)電源引腳使用獨(dú)立的引線在引腳之間提供了空間上的隔離，有利于減小它們之間的耦合。另外，每條引線還具有一定的寄生電感，這恰好是我們所希望的，它有助于濾除電源線上的高頻噪聲。 使用星型拓?fù)銿cc引線時(shí)，還有必要采取適當(dāng)?shù)碾娫慈ヱ?，而去耦電容存在一定的寄生電感。事?shí)上，電容等效為一個(gè)串聯(lián)的RLC電路，電容在低頻段起主導(dǎo)作用，但在自激振蕩頻率(SRF)： 之后，電容的阻抗將呈現(xiàn)出電感性。由此可見(jiàn)，電容器只是在頻率接近或低于其SRF時(shí)才具有去耦作用，在這些頻點(diǎn)電容表現(xiàn)為低阻。 給出了不同容值下的典型S11參數(shù)，從這些曲線可以清楚地看到SRF，還可以看出電容越大，在較低頻率處所提供的去耦性能越好(所呈現(xiàn)的阻抗越低)。 在Vcc星型拓?fù)涞闹鞴?jié)點(diǎn)處放置一個(gè)大容量的電容器，如2.2F。該電容具有較低的SRF，對(duì)于消除低頻噪聲、建立穩(wěn)定的直流電壓很有效。IC的每個(gè)電源引腳需要一個(gè)低容量的電容器(如10nF)，用來(lái)濾除可能耦合到電源線上的高頻噪聲。對(duì)于那些為噪聲敏感電路供電的電源引腳，可能需要外接兩個(gè)旁路電容。例如：用一個(gè)10p