射頻電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

【1】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)始階段就要進(jìn)行徹底的、仔細(xì)的規(guī)劃，并對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)步驟的進(jìn)展進(jìn)行全面持續(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，一直是工程師們最難掌控的部份，甚至是夢(mèng)魘。若想要一次就設(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)它們進(jìn)行折衷處理。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(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)

在進(jìn)行布線之前，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)的確定與電路設(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)，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，然后在頂層走最重要的信號(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

在我們進(jìn)行原理設(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 模型進(jìn)行阻抗的計(jì)算，我們可以得到一組比較理想的值：Height(H)=39.6mil, Track(W)=30mil,Track(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)。如下圖，是射頻功率放大器(PA，Power Amplifier)的周?chē)骷臄[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，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，最好要用弧線來(lái)實(shí)現(xiàn)，如下圖

其次，在多層板的走線中，有可能重要的射頻線要產(chǎn)生不可避免的交叉，這時(shí)我們就要使用我們最不想使用的東西：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最好能通過(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)或者輻射有最短的到地的通路，但是，過(guò)孔與射頻信號(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，最好能弄成菱形的，這樣可以最大限度的抑制各種干擾。

【2】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 模塊的一次側(cè)、二次側(cè)、負(fù)載側(cè)環(huán)路面積最小。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最短的原則。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。避免電源線成為 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?xún)?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)放大器饋電，應(yīng)當(dāng)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。且每一級(jí)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)存在反饋回路，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)的最大電流，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，避免其它 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避免重疊。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)法避免，難以避免時(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，為第一層和第三層提供高度的電氣隔離，使得兩層之間的耦合最小。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))，但上述結(jié)構(gòu)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，這種結(jié)構(gòu)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)法避免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 Vcc 布線方案，該圖取自 MAX2826 IEEE 802.11a/g 收發(fā)器的評(píng)估板。圖中建立了一個(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)?Vcc 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)處最好放置一個(gè)大容量的電容器，如 2.2μF。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) 10pF 電容與一個(gè) 10nF 電容并聯(lián)提供旁路，可以提供更寬頻率范圍的去耦，盡量消除噪聲對(duì)電源電壓的影響。每個(gè)電源引腳都需要認(rèn)真檢驗(yàn)，以確定需要多大的去耦電容以及實(shí)際電路在哪些頻點(diǎn)容易受到噪聲的干擾。

良好的電源去耦技術(shù)與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?PCB 布局、Vcc 引線(星型拓?fù)?相結(jié)合，能夠?yàn)槿魏?RF 系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定穩(wěn)固的基礎(chǔ)。盡管實(shí)際設(shè)計(jì)中還會(huì)存在降低系統(tǒng)性能指標(biāo)的其它因素，但是，擁有一個(gè)“無(wú)噪聲”的電源是優(yōu)化系統(tǒng)性能的基本要素 .

【3】射頻 PCB 設(shè)計(jì)的 EMC 規(guī)范

1 層分布

1.1 雙面板，頂層為信號(hào)層，底面為地平面。

1.2 四層板，頂層為信號(hào)層，第二層為地平面，第三層走電源、控制線。特殊情況下(如 射頻信號(hào)線要穿過(guò)屏蔽壁)，在第三層要走一些射頻信號(hào)線。每層均要求大面積敷地。

1.2 四層板，頂層為信號(hào)層，第二層為地平面，第三層走電源、控制線。特殊情況下(如 射頻信號(hào)線要穿過(guò)屏蔽壁)，在第三層要走一些射頻信號(hào)線。每層均要求大面積敷地。

2 接地

2.1 大面積接地 為減少地平面的阻抗，達(dá)到良好的接地效果，建議遵守以下要求：a) 射頻 PCB 的接地要求大面積接地;b) 在微帶印制電路中，底面為接地面，必須確保光滑平整;c) 要將地的接觸面鍍金或鍍銀，導(dǎo)電良好，以降低地線最抗;d) 使用緊固螺釘，使其與屏蔽腔體緊密結(jié)合，緊固螺釘?shù)拈g距小于λ/20(依具體情 況而定)。

2.2 分組就近接地 按照電路的結(jié)構(gòu)分布和電流的大小將整個(gè)電路分為成相對(duì)獨(dú)立的幾組，各組電路就 近接地形成回路，要調(diào)整各組內(nèi)高頻濾波電容方向，縮小電源回路。注意接地線要短而直， 禁止交叉重疊，減少公共地阻抗所產(chǎn)生的干擾。

2.3 射頻器件的接地 表面貼射頻器件和濾波電容需要接地時(shí)，為減少器件接地電感，要求：a) 至少要有 2 根線接鋪地銅箔;b) 用至少 2 個(gè)金屬化過(guò)孔在器件管腳旁就近接地。c) 增大過(guò)孔孔徑和并聯(lián)若干過(guò)孔。d) 有些元件的底部是接地的金屬殼，要在元件的投影區(qū)內(nèi)加一些接地孔，表面層 不得布線。

2.4 微帶電路的接地 微帶印制電路的終端單一接地孔直徑必須大于微帶線寬，或采用終端大量成排密布小孔 的方式接地。

2.5 接地工藝性要求

a) 在工藝允許的前提下，可縮短焊盤(pán)與過(guò)孔之間的距離;

b) 在工藝允許的前提下，接地的大焊盤(pán)可直接蓋在至少 6 個(gè)接地過(guò)孔上(具體數(shù)量因 焊盤(pán)大小而異);

c) 接地線需要走一定的距離時(shí)，應(yīng)縮短走線長(zhǎng)度，禁止超過(guò)λ/20，以防止天線效應(yīng) 導(dǎo)致信號(hào)輻射;

d) 除特殊用途外，不得有孤立銅箔，銅箔上一定要加地線過(guò)孔;

e) 禁止地線銅箔上伸出終端開(kāi)路的線頭。

3 屏蔽

3.1 射頻信號(hào)可以在空氣介質(zhì)中輻射。空間距離越大，工作頻率越低，輸入輸出端的寄 生耦合就越小，隔離度則越大。PCB 典型的空間隔離度約為 50dB。

3.2 敏感電路和強(qiáng)烈輻射源電路要加屏蔽，但如果設(shè)計(jì)加工有難度時(shí)(如空間或成本限 制等)，可不加，但要做試驗(yàn)最終決定。這些電路有：

a) 接收電路前端是敏感電路，信號(hào)很小，要采用屏蔽。

b) 對(duì)射頻單元和中頻單元須加屏蔽。接收通道中頻信號(hào)會(huì)對(duì)射頻信號(hào)產(chǎn)生較大干擾， 反之，發(fā)射通道的射頻信號(hào)對(duì)中頻信號(hào)也會(huì)造成輻射干擾。

c) 振蕩電路：強(qiáng)烈輻射源，對(duì)本振源要單獨(dú)屏蔽，由于本振電平較高，對(duì)其他單元形 成較大的輻射干擾。

d) 功放及天饋電路：強(qiáng)烈輻射源，信號(hào)很強(qiáng)，要屏蔽。

e) 數(shù)字信號(hào)處理電路：強(qiáng)烈輻射源，高速數(shù)字信號(hào)的陡峭的上下沿會(huì)對(duì)模擬的射頻信 號(hào)產(chǎn)生干擾。

f) 級(jí)聯(lián)放大電路：總增益可能會(huì)超過(guò)輸出到輸入端的空間隔離度，這樣就滿足了振蕩 條件之一，電路可能自激。如果腔體內(nèi)的電路同頻增益超過(guò) 30-50dB，必須在 PCB 板 上焊接或安裝金屬屏蔽板，增加隔離度。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮頻率、功率、增益情況 決定是否加屏蔽板。

g) 級(jí)聯(lián)的濾波、開(kāi)關(guān)、衰減電路：在同一個(gè)屏蔽腔內(nèi)，級(jí)聯(lián)濾波電路的帶外衰減、級(jí) 聯(lián)開(kāi)關(guān)電路的隔離度、級(jí)聯(lián)衰減電路的衰減量必須小于 30-50dB。如果超過(guò)這個(gè)值， 必須在 PCB 板上焊接或安裝金屬屏蔽板，增加隔離度。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮頻率、功 率、增益情況決定是否加屏蔽板。

h) 收發(fā)單元混排時(shí)應(yīng)屏蔽。

i) 數(shù)?；炫艜r(shí)，對(duì)時(shí)鐘線要包地銅皮隔離或屏蔽。

4 屏蔽材料和方法

4.1 常用的屏蔽材料均為高導(dǎo)電性能材料，如銅板、銅箔、鋁板、鋁箔。鋼板或金屬鍍 層、導(dǎo)電涂層等。

4.2 靜電屏蔽主要用于防止靜電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)的影響。應(yīng)注意兩個(gè)基本要點(diǎn)，即完善的 屏蔽體和良好的接地性。

4.3 電磁屏蔽主要用于防止交變磁場(chǎng)或交變電磁場(chǎng)的影響，要求屏蔽體具有良好的導(dǎo)電 連續(xù)性，屏蔽體必須與電路接在共同的地參考平面上，要求 PCB 中屏蔽地與被屏蔽電路地要 盡量的接近。

4.4 對(duì)某些敏感電路，有強(qiáng)烈輻射源的電路可以設(shè)計(jì)一個(gè)在 PCB 上焊接的屏蔽腔，PCB 在 設(shè)計(jì)時(shí)要加上“過(guò)孔屏蔽墻”，就是在 PCB 上與屏蔽腔壁緊貼的部位加上接地的過(guò)孔。要求 如下：

a) 有兩排以上的過(guò)孔;

b) 兩排過(guò)孔相互錯(cuò)開(kāi);

c) 同一排的過(guò)孔間距要小于λ/20;

d) 接地的 PCB 銅箔與屏蔽腔壁壓接的部位禁止有阻焊。

4.5 射頻信號(hào)線在頂層穿過(guò)屏蔽壁時(shí)，要在屏蔽腔相應(yīng)位置開(kāi)一個(gè)槽門(mén)，門(mén)高大于 0.5mm, 門(mén)寬要保證安裝屏蔽壁后信號(hào)線與屏蔽體間的距離大于 1mm。

5 屏蔽罩設(shè)計(jì)

5.1 金屬屏蔽腔的基本結(jié)構(gòu)

5.1.1 此類(lèi)屏蔽罩被廣泛使用，如圖 27。材料一般為薄的鋁合金，制造工藝一般采用沖 壓折彎或壓力鑄造工藝，這種屏蔽罩有較多的螺釘孔，便于螺釘固定。部分需鋁合金蓋子和 吸波材料增強(qiáng)屏蔽性能。射頻 PCB 需裝在屏蔽腔內(nèi)，要選擇合適的屏蔽腔尺寸，使其最低 諧振頻率遠(yuǎn)高于工作頻率，最好 10 倍以上，詳見(jiàn)附錄 G“金屬屏蔽腔的尺寸設(shè)計(jì)”。

5.1.2 屏蔽腔的高度一般為第一層介質(zhì)厚度 15-20 倍或以上，在屏蔽腔面積一定時(shí)，要 提高屏蔽腔的最低諧振頻率，需增加長(zhǎng)寬比，避免正方形的腔體，如圖 。

5.2 金屬屏蔽腔對(duì) PCB 布局的工藝要求

5.2.1 屏蔽罩與 PCB 板接觸的罩體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮 PCB bottom 面的器件高度，特別是插 件器件引腳伸出的高度。

5.2.2 需考慮螺絲禁布區(qū)的大小，防止組裝時(shí)損壞表層線路或器件。射頻功放板由于結(jié) 構(gòu)尺寸的限制，其單板尺寸相對(duì)較小，故一般要求螺釘安裝空間(禁布區(qū))至少在安裝孔焊 盤(pán)外側(cè)。螺釘安裝空間見(jiàn)表 5

.5.2.3 金屬屏蔽罩自身成本和裝配成本很貴，并且外形不規(guī)則的金屬屏蔽罩在制造時(shí)很 難保證高精度和高平整性，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。

5.2.4 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，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?chē)M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。

5.2.5 為保證裝配和返修，金屬屏蔽罩周?chē)?mm范圍內(nèi)不能有超過(guò)其高度的器件，Chip 小器件到屏蔽罩的距離應(yīng)該2mm以上，其它器件距離要求3mm以上，并且放置朝向最好 符合方便維修方向。

5.2.6 金屬屏蔽罩內(nèi)部不能有超過(guò)其高度的器件，并且器件頂部到屏蔽罩面的距離要符 合安全規(guī)范要求。

5.2.7 需考慮 SMA 微帶插座與 PCB 板接觸時(shí)的高度匹配，否則焊接可靠性存在影響。如圖 29 所示，設(shè)計(jì)時(shí)須考慮 PCB 板厚的公差(±10%)，金屬屏蔽腔的加工誤差(±0.05mm)。建議 SMA 微帶插座與 PCB 板的高度間隙不超過(guò) 0.5mm，插座與焊盤(pán)不允許有明顯偏差。

5.2.8 由于功放板設(shè)計(jì)的特殊情況，容許 2 塊單板之間信號(hào)穿過(guò)屏蔽罩，并用飛線連接， 如圖

【4】射頻走線與地

舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)吧。我們將對(duì)多層電路板進(jìn)行射頻線仿真，為了更好的做出對(duì)比，將仿真的 PCB 分為表層鋪地前的和鋪地后的兩塊板分別進(jìn)行仿真對(duì)比;表層未鋪地的 PCB 文件如下圖 1 所示(兩種線寬):

圖 1a：線寬 0.1016 mm 的射頻線(表層鋪地前)

圖 1b：線寬 0.35 mm 的射頻線(表層鋪地前)

圖 1：表層未鋪過(guò)地的 PCB

首先將線寬不同的兩塊板(表層鋪地前)由 ALLEGRO 導(dǎo)入 SIWAVE，在目標(biāo)線上加入 50Ω端口。針對(duì)不同線寬 0.1016mm 和 0.35mm， 我們的仿真結(jié)果如圖 2 所示，圖中顯示的曲線是 S21，仿真頻率范圍為 800MHz-1GHz。

圖 2a：表層未鋪地的 S21 (線寬 0.1016mm)

圖 2b：表層未鋪地的 S21 (線寬 0.35mm)

圖 2：表層未鋪地的 S21

由圖中可以看到，在 800MHz-1GHz 的范圍內(nèi)，仿真的數(shù)據(jù)展示為小數(shù)點(diǎn)后一到兩位的數(shù)量級(jí)，0.35mm 的損耗要比 0.1016mm 的線小一個(gè)數(shù)量 級(jí)，這是因?yàn)?0.35mm 的線寬在該板的層疊條件下其特征阻抗接近 50Ω。因此間接驗(yàn)證了我們所做的阻抗計(jì)算(用線寬約束)是有一定作用的。

接下來(lái)我們做了表層鋪地后的同樣的仿真(800MHz-1GHz)，導(dǎo)入的 PCB 文件如下圖。

圖 3a：0.1016 mm 的射頻線(表層鋪地)

圖 3b：0.35 mm 的射頻線(表層鋪地)

圖 3：表層鋪過(guò)地后的 PCB

仿真結(jié)果如下圖:

圖 4a：表層鋪地后的 S21 (0.1016mm)

圖 4b：表層鋪地后的 S21 (0.35mm)

圖 4：表層鋪過(guò)地后的 S21

由圖中看到，仿真的數(shù)據(jù)顯示，該傳輸線的線損已經(jīng)是 1-2 dB 的數(shù)量級(jí)了，當(dāng)然 0.35 mm 的損耗要明顯小于 0.1016 mm 的。另外一個(gè)明顯的現(xiàn)象是相對(duì)于未鋪地的仿真結(jié)果，隨著頻率由 800MHz 到 1GHz 的增加，損耗趨大。

我們可以從仿真的結(jié)果中得到這樣一個(gè)結(jié)果：

1. 射頻走線最好按 50 歐姆走，可以減小線損;

2. 表層的鋪地事實(shí)上是將一部分 RF 信號(hào)能量耦合到了地上，造成了一定的損耗。因此 PCB 表層的鋪地應(yīng)該有所講究。盡量遠(yuǎn)離 RF 線。工程經(jīng)驗(yàn)是大于 1.5 倍的線寬。

【5】設(shè)計(jì) checklist

一、布局注意事項(xiàng)

(1) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 在 PCB 布局之前需要弄清楚產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)需要在 PCB 板上體現(xiàn)出來(lái)。比如腔殼的外邊厚度大小，中間隔腔的厚度大小， 倒角半徑大小和隔腔上的螺釘大小等等(換句話說(shuō)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù) 完成后的 PCB 上所畫(huà)的輪廓(結(jié)構(gòu)部分)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)的)。一般情 況，外邊腔厚度為 4mm;內(nèi)腔寬度為 3mm;點(diǎn)膠工藝的為 2mm;倒角 半徑 2.5mm。以 PCB 板的左下角為原點(diǎn)，隔腔需在柵格 0.5 的整數(shù)倍， 最少需要做到柵格為 0.1 的整數(shù)倍。這樣有利于結(jié)構(gòu)加工商進(jìn)行加工， 誤差控制比較精確些。當(dāng)然，這需要根據(jù)客戶(hù)的要求來(lái)設(shè)計(jì)。

下圖所示為 PCB 設(shè)計(jì)完成后的結(jié)構(gòu)輪廓圖：

(2) 布局要求 布局優(yōu)先對(duì)射頻鏈路進(jìn)行布局，然后對(duì)其它電路進(jìn)行布局。A 射頻鏈路布局注意事項(xiàng) 完全根據(jù)原理圖的先后順序(輸入到輸出，包括每個(gè)元件的先后 位置和元件與元件之間的間距都有講究的。有的元件與元件之間距離 不宜過(guò)大，比如π 網(wǎng)。)進(jìn)行布局，布局成“一”字形或者“L”形。在實(shí)際的射頻鏈路布局中，因受產(chǎn)品的空間限制，不可能完全實(shí) 現(xiàn)，這就迫使我們將布局成“U”形。布局成 U 形并不是不可以，但 需要在中間加隔腔將其左右進(jìn)行隔離，做好屏蔽。

還有一種在橫向也需要添加隔腔。即，用隔腔把一字形左右進(jìn)行 隔離。這主要是因?yàn)樾枰綦x部分非常敏感或易干擾其它電路;另外， 還有一種可能就是一字形輸入端到輸出端這段電路的增益過(guò)大，也需 要用隔腔將其分開(kāi)(若增益過(guò)大，腔體太大，可能會(huì)引起自激。)。

B 芯片外圍電路布局 射頻器件外圍電路布局嚴(yán)格參照 datasheet 上面的要求進(jìn)行布 局，受空間限制可以進(jìn)行調(diào)整;數(shù)字芯片外圍電路布局就不多講了。

二、 布線注意事項(xiàng)

根據(jù) 50 歐姆阻抗線寬進(jìn)行布線，盡量從焊盤(pán)中心出線，線成直 線，盡量走在表層。在需要拐彎的地方做成 45 度角或圓弧走線，推 薦在電容或電阻兩邊進(jìn)行拐彎。如果遇到器件走線匹配要求的，請(qǐng)嚴(yán) 格按照 datasheet 上面的參考值長(zhǎng)度走線。比如，一個(gè)放大管與電容 之間的走線長(zhǎng)度(或電感之間的走線長(zhǎng)度)要求等等。

在進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)，為了使高頻電路板的設(shè)計(jì)更合理，抗干擾性能更 好，應(yīng)從以下幾方面考慮(通用做法)：

(1) 合理選擇層數(shù) 在 PCB 設(shè)計(jì)中對(duì)高頻電路板布線時(shí)，利用中間內(nèi)層平面作為電源和 地線層，可以起到屏蔽的作用，有效降低寄生電感、縮短信號(hào)線長(zhǎng)度、 降低信號(hào)間的交叉干擾。

(2) 走線方式 走線必須按照 45°角拐彎或圓弧拐彎，這樣可以減小高頻信 號(hào)的發(fā)射和相互之間的耦合。

(3) 走線長(zhǎng)度 走線長(zhǎng)度越短越好，兩根線并行距離越短越好。

(4) 過(guò)孔數(shù)量 過(guò)孔數(shù)量越少越好。

(5) 層間布線方向 層間布線方向應(yīng)該取垂直方向，就是頂層為水平方向，底層為 垂直方向，這樣可以減小信號(hào)間的干擾。

(6) 敷銅 增加接地的敷銅可以減小信號(hào)間的干擾。

(7) 包地 對(duì)重要的信號(hào)線進(jìn)行包地處理，可以顯著提高該信號(hào)的抗干擾 能力，當(dāng)然還可以對(duì)干擾源進(jìn)行包地處理，使其不能干擾其他 信號(hào)。

(8) 信號(hào)線 信號(hào)走線不能環(huán)路，需要按照菊花鏈方式布線。

三、 接地處理

(1)射頻鏈路接地 射頻部分采用多點(diǎn)接地方式進(jìn)行接地處理。射頻鏈路鋪銅間隙一般 30mil 到 40mil 用的比較多。兩邊都需要打接地孔，且間距盡量保持 一致。射頻通路上對(duì)地電容電阻的接地焊盤(pán)，盡量就近打接地孔。器 件上的接地焊盤(pán)都需要打接地過(guò)孔。

(2)腔殼接地孔 為了讓腔殼與 PCB 板之間更好的接觸。一般打兩排接地孔且交錯(cuò)方 式放置，如圖 06 所示。PCB 隔腔上需要開(kāi)窗，如圖 07 所示。PCB 底 層接地銅皮與底板接觸的地方都需要開(kāi)窗處理，使其更好的接觸。如 圖 08 所示(PCB 板的上半部分與底座接觸)：

PCB 隔腔接地過(guò)孔圖

PCB 隔腔開(kāi)窗圖

PCB 底層開(kāi)窗圖

(3)螺釘放置(需要了解結(jié)構(gòu)知識(shí)) 為了使 PCB 與底座和腔殼之間有更緊密的接觸(更好的屏蔽) 需要在 PCB 板上放置螺釘孔位置。PCB 與腔殼之間螺釘放置方法：隔腔每個(gè)交叉的地方放置一個(gè)螺 釘。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，比較難實(shí)現(xiàn)，可以根據(jù)模塊電路功能進(jìn)行適當(dāng)調(diào) 整。但不管怎樣，腔殼四個(gè)角上必須都有螺釘。

腔殼螺釘圖

PCB 與底座之間的螺釘放置方法：腔殼中的每個(gè)小腔內(nèi)都需要有 螺釘，視腔大小而定螺釘數(shù)量(腔越大，放置的螺釘就多)。一般原 則是在腔的對(duì)角上放置螺釘。SMA 頭或其他連接器旁邊必須放置螺釘。在 SMA 頭或連接器在插拔過(guò)程中不致 PCB 板變形。

腔內(nèi)螺釘圖

審核編輯：湯梓紅