射頻電路設計要點全匯總

1、【Word版本下載可任意編輯】 射頻電路設計要點全匯總 射頻電路中元器件封裝的注意事項 成功的RF設計必須仔細注意整個設計過程中每個步驟及每個細節(jié)，這意味著必須在設計開始階段就要開展徹底的、仔細的規(guī)劃，并對每個設計步驟的進展開展全面持續(xù)的評估。而這種細致的設計技巧正是國內大多數電子企業(yè)文化所欠缺的。 近幾年來，由于藍牙設備、無線局域網絡(WLAN)設備，和移動電話的需求與成長，促使業(yè)者越來越關注RF電路設計的技巧。從過去到現在，RF電路板設計如同電磁干擾(EMI)問題一樣，一直是工程師們難掌控的部份，甚至是夢魘。若想要就設計成功，必須事先仔細規(guī)劃和注重細節(jié)才能奏效。 射頻(RF)電路板設計由于

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(black art) 。但這只是一種以偏蓋全的觀點，RF電路板設計還是有許多可以遵循的法則。不過，在實際設計時，真正實用的技巧是當這些法則因各種限制而無法實施時，如何對它們開展折衷處理。重要的RF設計課題包括：阻抗和阻抗匹配、絕緣層材料和層疊板、波長和諧波.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。 在 WiFi 產品的開發(fā)過程中，射頻電路的布線(RF Circuit Layout Guide)是極為關鍵的一個過程。很多時候，我們可能在原理上已經設計的很完善，但是在實際的制板，上件過后發(fā)現很不理想，實際上這些都是布線

3、(Layout)做的不夠完善的原因。本文將以一個無線網卡的布線實例及本人的一點工作經驗為大家講解一下射頻電路在布線中應該注意的一些問題。 電路板的疊構(PCB Stack Up) 在開展布線之前，我們首先要確定電路板的疊構，就像蓋房子要先有房子的墻壁。電路板的疊構確實定與電路設計的復雜度，電磁兼容的考慮等很多因素有關。下列圖給出了四層板，六層板和八層板的常用疊構方式。 在無線網卡的PCB疊構中，基本上不會出現單面板的情況，所以本文也不會對單面板的情況加以討論。 兩層板設計中應該注意的問題。 在四層板的設計中，我們一般會將第二層作為完整的地平面，同時，也會把重要的信號線走在頂層(當然包括射頻走線

4、)，以便于很好的控制阻抗。在六層板或者更多層板的設計中，我們同樣會將第二層作為完整的地平面，然后在頂層走重要的信號線。 PS：可以使用Polar計算單端阻抗與阻抗等，有些Layout軟件自身就集成了阻抗計算器，如Allegro。 阻抗控制 在我們開展原理設計與仿真之后，在Layout中很值得注意的一件事情就是阻抗控制。眾所周知，我們應該盡量保證走線的特征是50歐姆，這主要和線寬有關，在本實例中，是兩層半，在Polar中采用Surface Coplanar Line模型開展阻抗的計算，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，對應的特征阻抗是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 相信做過射頻設計的人都應該知道，我們應該盡可能的使走線的長度較短，元器件擺放的越緊湊越好(特殊要求除外)，同時，也會盡可能的保證元器件的擺放對布線很有利(不要使走線繞來繞去的)。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。 射頻走線應該注意的問題 如前所述，射頻走線的長度要盡量短，

6、線寬嚴格按照計算好的值去設定。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，在走線的轉折處，要用弧線來實現，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生不可防止的交叉，這時我們就要使用我們不想使用的東西：過孔。這樣，會有部分射頻信號線走到底層甚至中間層，但無論是哪一層，射頻走線一定會有參考平面，這時一個值得注意的問題就是不要跨層，或者說不要使地平面不連續(xù)。 過孔的放置 過孔的放置真的是一件比較復雜的事情，本文只討論那種接地的過孔。 首先，射頻走線的旁邊的地線能通過過孔打穿，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或者輻射有短的到地的通路，但是，過孔與射頻

7、信號線的距離又不能太近，否則會嚴重影響射頻信號質量，在實際的設計過程中可靈活把握，如下列圖，我們看到，高亮的信號線兩層分布著很多過孔。 其次，在面積較大的地平面處，我們通常會放置很多的過孔用于連接不同層的地。這在射頻電路的布線中，要注意的就是大過孔要沒有規(guī)律的打，能弄成菱形的，這樣可以限度的抑制各種干擾。 射頻電路電源設計注意事項 (1)電源線是EMI 出入電路的重要途徑。通過電源線，外界的干擾可以傳入內部電路，影響RF電路指標。為了減少電磁輻射和耦合，要求DC-DC模塊的側、二次側、負載側環(huán)路面積。電源電路不管形式有多復雜，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、路中使用了開關電源，開關電源的外圍器件布局要符合各功率回流路徑短的原則。濾波電容要靠近開關電源相關引腳。 使用共模電感，靠近開關電源模塊。 (3)單板上長距離的電源線不能同時接近或穿過級聯放大器(增益大于45dB)的輸出和輸入端附近。防止電源線成為RF信號傳輸途徑，可能引起自激或降低扇區(qū)隔離度。長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三個濾波電容，利用這三種電容的各自優(yōu)點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級聯放大器饋

9、電，應領先從末級開始，依次向前級供電，使末級電路產生的EMI 對前級的影響較小。且每的電源濾波至少有兩個電容：0.1uf，100pf。 當信號頻率高于1GHz時，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生高頻振蕩。線性穩(wěn)壓模塊也可能存在同樣的問題，原因是芯片內存在反應回路，且內部三極管工作在放大區(qū)。在布局時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，防止不同單元通過電源線產生干擾，電源布線時電源線之間應相互隔離。電源線與其它強干擾線(如CLK)用地線隔離。 (10)小信號放大器的電源布線需要地銅皮及接地過孔隔離，防止其它EMI干擾竄入，進而惡化本級信號質量。 (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，電源平面的重疊問題一定要設法防止，難以防止時可考慮中間隔地層。 (12)PCB板層分配便于簡化后續(xù)的布線處理，對于一個四層PCB板(WLAN中常用的電路板)，在大多數應用中用電

11、路板的頂層放置元器件和RF引線，第二層作為系統地，電源部分放置在第三層，任何信號線都可以分布在第四層。 第二層采用連續(xù)的地平面布局對于建立阻抗受控的RF信號通路非常必要，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時)，但上述構造是經過驗證的一個成功范例。 (13)大面積的電源層能夠使Vcc布線變得輕松，但是，這種構造常常是引發(fā)系統性能惡化的導火索，在一個較大平面上把所有電源引線接在一起將無法防止引腳之間的噪聲傳輸。反之，如果使用星型拓撲則會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)器的評估板。圖*立了一個主Vcc節(jié)點，從該點引出不同分支的電源線，為RF IC的電源引腳供電。每個電源引腳使用獨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。 使用星型拓撲Vcc引線時，還有必要采取適當的電源去耦，而去耦電容存在一定的寄生電感。事實上，電容等效為一個串聯的RLC電路，電容在低頻段起主導作用，但在自激振蕩頻率(SRF)： 之后，電容的阻抗將呈現出電感性。由此可見，電容器只是在頻率接近或低于其SRF時才具有去耦作用，在這些頻點電容表現為低阻。 給出了不同容值下的典型S11參數，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(所呈現的阻抗越低)。 在Vcc星型拓撲的主節(jié)點處放置一個大容量的電容器，如2.2F。該電容具有較低的SRF，對于消除低頻噪聲、建立穩(wěn)定的直流電壓很有效。IC的每個電源引腳需要一個低容量的電容器(如10nF)，用來濾除可能耦合到電源線上的高頻噪聲。對于那些為噪聲敏感電路供電的電源引腳，可能需要外接兩個旁路電容。例如：用一個10p