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RF電路板分區(qū)設(shè)計(jì)中PCB布局布線技巧

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來(lái)源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):142
核心提示:

  RF電路板分區(qū)設(shè)計(jì)中PCB布局布線技巧,今天的蜂窩電話設(shè)計(jì)以各種方式將所有的東西集成在一起,這對(duì)RF電路板設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)很不利,F(xiàn)在業(yè)界競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。

  今天的蜂窩電話設(shè)計(jì)以各種方式將所有的東西集成在一起,這對(duì)RF電路板設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)很不利,F(xiàn)在業(yè)界競(jìng)爭(zhēng)非常激烈,人人都在找辦法用最小的尺寸和最小的成本集成最多的功能。模擬、數(shù)字和RF電路都緊密地?cái)D在一起,用來(lái)隔開各自問(wèn)題區(qū)域的空間非常小,而且考慮到成本因素,電路板層數(shù)往往又減到最小。令人感到不可思議的是,多用途芯片可將多種功能集成在一個(gè)非常小的裸片上,而且連接外界的引腳之間排列得又非常緊密,因此RF、IF、模擬和數(shù)字信號(hào)非?拷,但它們通常在電氣上是不相干的。電源分配可能對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)是一個(gè)噩夢(mèng),為了延長(zhǎng)電池壽命,電路的不同部分是根據(jù)需要而分時(shí)工作的,并由軟件來(lái)控制轉(zhuǎn)換。這意味著你可能需要為你的蜂窩電話提供5到6種工作電源。

  在設(shè)計(jì)RF布局時(shí),有幾個(gè)總的原則必須優(yōu)先加以滿足:

  盡可能地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔離開來(lái),簡(jiǎn)單地說(shuō),就是讓高功率RF發(fā)射電路遠(yuǎn)離低功率RF接收電路。如果你的PCB板上有很多物理空間,那么你可以很容易地做到這一點(diǎn),但通常元器件很多,PCB空間較小,因而這通常是不可能的。你可以把他們放在PCB板的兩面,或者讓它們交替工作,而不是同時(shí)工作。高功率電路有時(shí)還可包括RF緩沖器和壓控制振蕩器(VCO)。

  確保PCB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,銅皮越多越好。稍后,我們將討論如何根據(jù)需要打破這個(gè)設(shè)計(jì)原則,以及如何避免由此而可能引起的問(wèn)題。

  芯片和電源去耦同樣也極為重要,稍后將討論實(shí)現(xiàn)這個(gè)原則的幾種方法。

  RF輸出通常需要遠(yuǎn)離RF輸入,稍后我們將進(jìn)行詳細(xì)討論。

  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RF信號(hào)。

  如何進(jìn)行分區(qū)?

  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、朝向和屏蔽等問(wèn)題;電氣分區(qū)可以繼續(xù)分解為電源分配、RF走線、敏感電路和信號(hào)以及接地等的分區(qū)。

  首先我們討論物理分區(qū)問(wèn)題。元器件布局是實(shí)現(xiàn)一個(gè)優(yōu)秀RF設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,最有效的技術(shù)是首先固定位于RF路徑上的元器件,并調(diào)整其朝向以將RF路徑的長(zhǎng)度減到最小,使輸入遠(yuǎn)離輸出,并盡可能遠(yuǎn)地分離高功率電路和低功率電路。

  最有效的電路板堆疊方法是將主接地面(主地)安排在表層下的第二層,并盡可能將RF線走在表層上。將RF路徑上的過(guò)孔尺寸減到最小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RF能量泄漏到層疊板內(nèi)其他區(qū)域的機(jī)會(huì)。

  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)RF區(qū)之間相互隔離開來(lái),但是雙工器、混頻器和中頻放大器/混頻器總是有多個(gè)RF/IF信號(hào)相互干擾,因此必須小心地將這一影響減到最小。RF與IF走線應(yīng)盡可能走十字交叉,并盡可能在它們之間隔一塊地。正確的RF路徑對(duì)整塊PCB板的性能而言非常重要,這也就是為什么元器件布局通常在蜂窩電話PCB板設(shè)計(jì)中占大部分時(shí)間的原因。

  在蜂窩電話PCB板上,通?梢詫⒌驮胍舴糯笃麟娐贩旁赑CB板的某一面,而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RF端和基帶處理器端的天線上。需要一些技巧來(lái)確保直通過(guò)孔不會(huì)把RF能量從板的一面?zhèn)鬟f到另一面,常用的技術(shù)是在兩面都使用盲孔?梢酝ㄟ^(guò)將直通過(guò)孔安排在PCB板兩面都不受RF干擾的區(qū)域來(lái)將直通過(guò)孔的不利影響減到最小。

  有時(shí)不太可能在多個(gè)電路塊之間保證足夠的隔離,在這種情況下就必須考慮采用金屬屏蔽罩將射頻能量屏蔽在RF區(qū)域內(nèi),但金屬屏蔽罩也存在問(wèn)題,例如:自身成本和裝配成本都很貴;

  外形不規(guī)則的金屬屏蔽罩在制造時(shí)很難保證高精度,長(zhǎng)方形或正方形金屬屏蔽罩又使元器件布局受到一些限制;金屬屏蔽罩不利于元器件更換和故障定位;由于金屬屏蔽罩必須焊在地上,必須與元器件保持一個(gè)適當(dāng)距離,因此需要占用寶貴的PCB板空間。

[$page]  盡可能保證屏蔽罩的完整非常重要,進(jìn)入金屬屏蔽罩的數(shù)字信號(hào)線應(yīng)該盡可能走內(nèi)層,而且最好走線層的下面一層PCB是地層。RF信號(hào)線可以從金屬屏蔽罩底部的小缺口和地缺口處的布線層上走出去,不過(guò)缺口處周圍要盡可能地多布一些地,不同層上的地可通過(guò)多個(gè)過(guò)孔連在一起。

  盡管有以上的問(wèn)題,但是金屬屏蔽罩非常有效,而且常常還是隔離關(guān)鍵電路的唯一解決方案。

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