RF無線射頻電路設(shè)計難點(diǎn)分析

RF電路設(shè)計的常見問題

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(射頻)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，使用同一個電源一起工作，整個系統(tǒng)很可能就不穩(wěn)定。這主要是因為數(shù)字信號頻繁地在地和正電源(>3 V)之間擺動，而且周期特別短，常常是納秒級的。由于較大的振幅和較短的切換時間。使得這些數(shù)字信號包含大量且獨(dú)立于切換頻率的高頻成分。在模擬部分，從無線調(diào)諧回路傳到無線設(shè)備接收部分的信號一般小于lμV。因此數(shù)字信號與射頻信號之間的差別會達(dá)到120 dB。顯然．如果不能使數(shù)字信號與射頻信號很好地分離。微弱的射頻信號可能遭到破壞,這樣一來，無線設(shè)備工作性能就會惡化，甚至完全不能工作。

供電電源的噪聲干擾

射頻電路對于電源噪聲相當(dāng)敏感,尤其是對毛刺電壓和其他高頻諧波。微控制器會在每個內(nèi)部時鐘周期內(nèi)短時間突然吸人大部分電流,這是由于現(xiàn)代微控制器都采用CMOS工藝制造。因此。假設(shè)一個微控制器以lMHz的內(nèi)部時鐘頻率運(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RF部分的電源引腳,嚴(yán)重時可能導(dǎo)致工作失效。

不合理的地線

如果RF電路的地線處理不當(dāng),可能產(chǎn)生一些奇怪的現(xiàn)象。對于數(shù)字電路設(shè)計,即使沒有地線層,大多數(shù)數(shù)字電路功能也表現(xiàn)良好。而在RF頻段，即使一根很短的地線也會如電感器一樣作用。粗略地計算,每毫米長度的電感量約為l nH,433 MHz時10 toni PCB線路的感抗約27Ω。如果不采用地線層，大多數(shù)地線將會較長，電路將無法具有設(shè)計的特性。

天線對其他模擬電路部分的輻射干擾

在PCB電路設(shè)計中，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(ADC)或數(shù)／模轉(zhuǎn)換器(DAC)。射頻發(fā)送器的天線發(fā)出的高頻信號可能會到達(dá)ADC的模擬輸入端。因為任何電路線路都可能如天線一樣發(fā)出或接收RF信號。如果ADC輸入端的處理不合理，RF信號可能在ADC輸入的 ESD二極管內(nèi)自激。從而引起ADC偏差。

RF電路設(shè)計原則及方案

RF布局概念

在設(shè)計RF布局時,必須優(yōu)先滿足以下幾個總原則：
1. 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，簡單地說，就是讓高功率RF發(fā)射電路遠(yuǎn)離低功率RF接收電路：

2. 確保PCB板上高功率區(qū)至少有一整塊地，最好上面沒有過孔，當(dāng)然，銅箔面積越大越好；

3. 電路和電源去耦同樣也極為重要；

4. RF輸出通常需要遠(yuǎn)離RF輸入；

5.敏感的模擬信號應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號和RF信號。 3.2 物理分區(qū)和電氣分區(qū)設(shè)計

原則：設(shè)計分區(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、RF走線、敏感電路和信號以及接地等的分區(qū)。

物理分區(qū)原則

1. 元器件位置布局原則。

元器件布局是實(shí)現(xiàn)一個優(yōu)秀RF設(shè)計的關(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)整其方向,以便將RF路徑的長度減到最小,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。

2.PCB堆疊設(shè)計原則。

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線布置在表層上。將RF路徑上的過孔尺寸減到最小,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RF能量泄漏到層疊板內(nèi)其他區(qū)域的機(jī)會。

3.射頻器件及其RF布線布局原則。

在物理空間上,像多級放大器這樣的線性電路通常足以將多個RF區(qū)之間相互隔離開來，但是雙工器、混頻器和中頻放大器／混頻器總是有多個RF／IF信號相互干擾．因此必須小心地將這一影響減到最小。RF與IF跡線應(yīng)盡可能十字交叉，并盡可能在它們之間隔一塊地。正確的RF路徑對整塊PCB的性能非常重要，這就是元器件布局通常在蜂窩電話PCB設(shè)計中占大部分時間的原因。

4.降低高/低功率器件干擾耦合的設(shè)計原則。

在蜂窩電話PCB上,通?？梢詫⒌驮胍舴糯笃麟娐贩旁赑CB的某一面,而將高功率放大器放在另一面,并最終通過雙工器把它們在同一面上連接到RF端和基帶處理器端的天線上。要用技巧來確保通孔不會把RF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^將通孔安排在PCB板二面都不受RF干擾的區(qū)域來將通孔的不利影響減到最小。

電氣分區(qū)原則

1.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題。不
過．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,需要采用多個通孔來將電流從某一層傳遞到另一層。

2. 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它進(jìn)行充分的去耦，那么高功

率噪聲將會輻射到整塊板上，并帶來多種的問題。高功率放大器的接地相當(dāng)關(guān)鍵，經(jīng)常需要為其設(shè)計一個金屬屏蔽罩。

3.RF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RF輸出遠(yuǎn)離RF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)南辔缓驼穹答伒剿鼈兊妮斎攵耍敲此鼈兙陀锌赡墚a(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。它們可能會變得不穩(wěn)定，并將噪音和互調(diào)信號添加到RF信號上。

4.濾波器輸入，輸出隔離原則。

如果射頻信號線不得不從濾波器的輸入端繞回輸出端，那么，這可能會嚴(yán)重?fù)p害濾波器的帶通特性。為了使輸入和輸出良好地隔離。首先必須在濾波器周圍布置一圈地。其次濾波器下層區(qū)域也要布置一塊地，并與圍繞濾波器的主地連接起來。把需要穿過濾波器的信號線盡可能遠(yuǎn)離濾波器引腳也是個好方法。此外，整塊板上各個地方的接地都要十分小心,否則可能會在不知覺之中引入一條不希望發(fā)生的耦合通道。

5.數(shù)字電路和模擬電路隔離。

在所有PCB設(shè)計中，盡可能將數(shù)字電路遠(yuǎn)離模擬電路是一條總的原則，它同樣適用于RF PCB設(shè)計。公共模擬地和用于屏蔽和隔開信號線的地通常是同等重要的，由于疏忽而引起的設(shè)計更改將可能導(dǎo)致即將完成的設(shè)計又必須推倒重來。

同樣應(yīng)使RF線路遠(yuǎn)離模擬線路和一些很關(guān)鍵的數(shù)字信號．所有的RF走線、焊盤和元件周圍應(yīng)盡可能多地填接地銅皮．并盡可能與主地相連。如果RF走線必須穿過信號線,那么盡量在它們之間沿著RF走線布置一層與主地相連的地。

如果不可能，一定要保證它們是十字交叉的．這可將容性耦合減到最小，同時盡可能在每根RF走線周圍多布一些地，并把它們連到主地。此外。將并行RF走線之間的距離減到最小可使感性耦合減到最小。

射頻（RF）電路板分區(qū)設(shè)計中

PCB布局布線技巧

今天的蜂窩電話設(shè)計以各種方式將所有的東西集成在一起，這對RF電路板設(shè)計來說很不利?，F(xiàn)在業(yè)界競爭非常激烈，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電路都緊密地擠在一起，用來隔開各自問題區(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)字信號非?？拷?，但它們通常在電氣上是不相干的。

電源分配可能對設(shè)計者來說是一個噩夢，為了延長電池壽命，電路的不同部分是根據(jù)需要而分時工作的，并由軟件來控制轉(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RF布局時，有幾個總的原則必須優(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，簡單地說，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，而不是同時工作。高功率電路有時還可包括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，最好上面沒有過孔，當(dāng)然，銅皮越多越好。稍后，我們將討論如何根據(jù)需要打破這個設(shè)計原則，以及如何避免由此而可能引起的問題。
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。
敏感的模擬信號應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號和RF信號。

如何進(jìn)行分區(qū)

設(shè)計分區(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、敏感電路和信號以及接地等的分區(qū)。

首先我們討論物理分區(qū)問題。

元器件布局是實(shí)現(xiàn)一個優(yōu)秀RF設(shè)計的關(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。

在物理空間上，像多級放大器這樣的線性電路通常足以將多個RF區(qū)之間相互隔離開來，但是雙工器、混頻器和中頻放大器/混頻器總是有多個RF/IF信號相互干擾，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)計中占大部分時間的原因。

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，并最終通過雙工器把它們在同一面上連接到RF端和基帶處理器端的天線上。需要一些技巧來確保直通過孔不會把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。可以通過將直通過孔安排在PCB板兩面都不受RF干擾的區(qū)域來將直通過孔的不利影響減到最小。

有時不太可能在多個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很難保證高精度，長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適當(dāng)距離，因此需要占用寶貴的PCB板空間。

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，不過缺口處周圍要盡可能地多布一些地，不同層上的地可通過多個過孔連在一起。

盡管有以上的問題，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。

此外，恰當(dāng)和有效的芯片電源去耦也非常重要。許多集成了線性線路的RF芯片對電源的噪音非常敏感，通常每個芯片都需要采用高達(dá)四個電容和一個隔離電感來確保濾除所有的電源噪音)。

最小電容值通常取決于其自諧振頻率和低引腳電感，C4的值就是據(jù)此選擇的。C3和C2的值由于其自身引腳電感的關(guān)系而相對較大一些，從而RF去耦效果要差一些，不過它們較適合于濾除較低頻率的噪聲信號。

電感L1使RF信號無法從電源線耦合到芯片中。記?。核械淖呔€都是一條潛在的既可接收也可發(fā)射RF信號的天線，另外將感應(yīng)的射頻信號與關(guān)鍵線路隔離開也很必要。

這些去耦元件的物理位置通常也很關(guān)鍵，這幾個重要元件的布局原則是：C4要盡可能靠近IC引腳并接地，C3必須最靠近C4，C2必須最靠近C3，而且IC引腳與C4的連接走線要盡可能短，這幾個元件的接地端(尤其是C4)通常應(yīng)當(dāng)通過下一地層與芯片的接地引腳相連。

將元件與地層相連的過孔應(yīng)該盡可能靠近PCB板上元件焊盤，最好是使用打在焊盤上的盲孔以將連接線電感減到最小，電感應(yīng)該靠近C1。

一塊集成電路或放大器常常帶有一個開漏極輸出，因此需要一個上拉電感來提供一個高阻抗RF負(fù)載和一個低阻抗直流電源，同樣的原則也適用于對這一電感端的電源進(jìn)行去耦。有些芯片需要多個電源才能工作，因此你可能需要兩到三套電容和電感來分別對它們進(jìn)行去耦處理，如果該芯片周圍沒有足夠空間的話，那么可能會遇到一些麻煩。

記住電感極少并行靠在一起，因為這將形成一個空芯變壓器并相互感應(yīng)產(chǎn)生干擾信號，因此它們之間的距離至少要相當(dāng)于其中一個器件的高度，或者成直角排列以將其互感減到最小。

電氣分區(qū)原則大體上與物理分區(qū)相同，但還包含一些其它因素?，F(xiàn)代蜂窩電話的某些部分采用不同工作電壓，并借助軟件對其進(jìn)行控制，以延長電池工作壽命。這意味著蜂窩電話需要運(yùn)行多種電源，而這給隔離帶來了更多的問題。電源通常從連接器引入，并立即進(jìn)行去耦處理以濾除任何來自線路板外部的噪聲，然后再經(jīng)過一組開關(guān)或穩(wěn)壓器之后對其進(jìn)行分配。

蜂窩電話里大多數(shù)電路的直流電流都相當(dāng)小，因此走線寬度通常不是問題，不過，必須為高功率放大器的電源單獨(dú)走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，需要采用多個過孔來將電流從某一層傳遞到另一層。此外，如果不能在高功率放大器的電源引腳端對它進(jìn)行充分的去耦，那么高功率噪聲將會輻射到整塊板上，并帶來各種各樣的問題。高功率放大器的接地相當(dāng)關(guān)鍵，并經(jīng)常需要為其設(shè)計一個金屬屏蔽罩。

在大多數(shù)情況下，同樣關(guān)鍵的是確保RF輸出遠(yuǎn)離RF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)南辔缓驼穹答伒剿鼈兊妮斎攵?，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，它們可能會變得不穩(wěn)定，并將噪音和互調(diào)信號添加到RF信號上。

如果射頻信號線不得不從濾波器的輸入端繞回輸出端，這可能會嚴(yán)重?fù)p害濾波器的帶通特性。為了使輸入和輸出得到良好的隔離，首先必須在濾波器周圍布一圈地，其次濾波器下層區(qū)域也要布一塊地，并與圍繞濾波器的主地連接起來。把需要穿過濾波器的信號線盡可能遠(yuǎn)離濾波器引腳也是個好方法。此外，整塊板上各個地方的接地都要十分小心，否則你可能會在不知不覺之中引入一條你不希望發(fā)生的耦合通道。圖3詳細(xì)說明了這一接地辦法。

有時可以選擇走單端或平衡RF信號線，有關(guān)交叉干擾和EMC/EMI的原則在這里同樣適用。平衡RF信號線如果走線正確的話，可以減少噪聲和交叉干擾，但是它們的阻抗通常比較高，而且要保持一個合理的線寬以得到一個匹配信號源、走線和負(fù)載的阻抗，實(shí)際布線可能會有一些困難。

緩沖器可以用來提高隔離效果，因為它可把同一個信號分為兩個部分，并用于驅(qū)動不同的電路，特別是本振可能需要緩沖器來驅(qū)動多個混頻器。當(dāng)混頻器在RF頻率處到達(dá)共模隔離狀態(tài)時，它將無法正常工作。緩沖器可以很好地隔離不同頻率處的阻抗變化，從而電路之間不會相互干擾。

緩沖器對設(shè)計的幫助很大，它們可以緊跟在需要被驅(qū)動電路的后面，從而使高功率輸出走線非常短，由于緩沖器的輸入信號電平比較低，因此它們不易對板上的其它電路造成干擾。

還有許多非常敏感的信號和控制線需要特別注意，但它們超出了本文探討的范圍，因此本文僅略作論述，不再進(jìn)行詳細(xì)說明。

壓控振蕩器(VCO)可將變化的電壓轉(zhuǎn)換為變化的頻率，這一特性被用于高速頻道切換，但它們同樣也將控制電壓上的微量噪聲轉(zhuǎn)換為微小的頻率變化，而這就給RF信號增加了噪聲。總的來說，在這一級以后你再也沒有辦法從RF輸出信號中將噪聲去掉。那么困難在哪里呢？首先，控制線的期望頻寬范圍可能從DC直到2MHz，而通過濾波來去掉這么寬頻帶的噪聲幾乎是不可能的；其次，VCO控制線通常是一個控制頻率的反饋回路的一部分，它在很多地方都有可能引入噪聲，因此必須非常小心處理VCO控制線。

要確保RF走線下層的地是實(shí)心的，而且所有的元器件都牢固地連到主地上，并與其它可能帶來噪聲的走線隔離開來。此外，要確保VCO的電源已得到充分去耦，由于VCO的RF輸出往往是一個相對較高的電平，VCO輸出信號很容易干擾其它電路，因此必須對VCO加以特別注意。事實(shí)上，VCO往往布放在RF區(qū)域的末端，有時它還需要一個金屬屏蔽罩。

諧振電路(一個用于發(fā)射機(jī)，另一個用于接收機(jī))與VCO有關(guān)，但也有它自己的特點(diǎn)。簡單地講，諧振電路是一個帶有容性二極管的并行諧振電路，它有助于設(shè)置VCO工作頻率和將語音或數(shù)據(jù)調(diào)制到RF信號上。

所有VCO的設(shè)計原則同樣適用于諧振電路。由于諧振電路含有數(shù)量相當(dāng)多的元器件、板上分布區(qū)域較寬以及通常運(yùn)行在一個很高的RF頻率下，因此諧振電路通常對噪聲非常敏感。信號通常排列在芯片的相鄰腳上，但這些信號引腳又需要與相對較大的電感和電容配合才能工作，這反過來要求這些電感和電容的位置必須靠得很近，并連回到一個對噪聲很敏感的控制環(huán)路上。要做到這點(diǎn)是不容易的。

自動增益控制(AGC)放大器同樣是一個容易出問題的地方，不管是發(fā)射還是接收電路都會有AGC放大器。AGC放大器通常能有效地濾掉噪聲，不過由于蜂窩電話具備處理發(fā)射和接收信號強(qiáng)度快速變化的能力，因此要求AGC電路有一個相當(dāng)寬的帶寬，而這使某些關(guān)鍵電路上的AGC放大器很容易引入噪聲。

設(shè)計AGC線路必須遵守良好的模擬電路設(shè)計技術(shù)，而這跟很短的運(yùn)放輸入引腳和很短的反饋路徑有關(guān)，這兩處都必須遠(yuǎn)離RF、IF或高速數(shù)字信號走線。同樣，良好的接地也必不可少，而且芯片的電源必須得到良好的去耦。如果必須要在輸入或輸出端走一根長線，那么最好是在輸出端，通常輸出端的阻抗要低得多，而且也不容易感應(yīng)噪聲。通常信號電平越高，就越容易把噪聲引入到其它電路。

在所有PCB設(shè)計中，盡可能將數(shù)字電路遠(yuǎn)離模擬電路是一條總的原則，它同樣也適用于RF PCB設(shè)計。公共模擬地和用于屏蔽和隔開信號線的地通常是同等重要的，問題在于如果沒有預(yù)見和事先仔細(xì)的計劃，每次你能在這方面所做的事都很少。因此在設(shè)計早期階段，仔細(xì)的計劃、考慮周全的元器件布局和徹底的布局評估都非常重要，由于疏忽而引起的設(shè)計更改將可能導(dǎo)致一個即將完成的設(shè)計又必須推倒重來。這一因疏忽而導(dǎo)致的嚴(yán)重后果，無論如何對你的個人事業(yè)發(fā)展來說不是一件好事。

同樣應(yīng)使RF線路遠(yuǎn)離模擬線路和一些很關(guān)鍵的數(shù)字信號，所有的RF走線、焊盤和元件周圍應(yīng)盡可能多填接地銅皮，并盡可能與主地相連。類似面包板的微型過孔構(gòu)造板在RF線路開發(fā)階段很有用，如果你選用了構(gòu)造板，那么你毋須花費(fèi)任何開銷就可隨意使用很多過孔，否則在普通PCB板上鉆孔將會增加開發(fā)成本，而這在大批量生產(chǎn)時會增加成本。

如果RF走線必須穿過信號線，那么盡量在它們之間沿著RF走線布一層與主地相連的地。如果不可能的話，一定要保證它們是十字交叉的，這可將容性耦合減到最小，同時盡可能在每根RF走線周圍多布一些地，并把它們連到主地。此外，將并行RF走線之間的距離減到最小可以將感性耦合減到最小。

一個實(shí)心的整塊接地面直接放在表層下第一層時，隔離效果最好，盡管小心一點(diǎn)設(shè)計時其它的做法也管用。我曾試過把接地面分成幾塊來隔離模擬、數(shù)字和RF線路，但我從未對結(jié)果感到滿意過，因為最終總是有一些高速信號線要穿過這些分開的地，這不是一件好事。

在PCB板的每一層，應(yīng)布上盡可能多的地，并把它們連到主地面。盡可能把走線靠在一起以增加內(nèi)部信號層和電源分配層的地塊數(shù)量，并適當(dāng)調(diào)整走線以便你能將地連接過孔布置到表層上的隔離地塊。應(yīng)當(dāng)避免在PCB各層上生成游離地，因為它們會像一個小天線那樣拾取或注入噪音。在大多數(shù)情況下，如果你不能把它們連到主地，那么你最好把它們?nèi)サ簟?/p>

RF PCB電路板Design技巧

微過孔的種類

電路板上不同性質(zhì)的電路必須分隔，但是又要在不產(chǎn)生電磁干擾的最佳情況下連接，這就需要用到微過孔(microvia)。通常微過孔直徑為0.05mm至0.20mm，這些過孔一般分為三類，即盲孔(blind via)、埋孔(bury via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷線路板的頂層和底層表面，具有一定深度，用于表層線路和下面的內(nèi)層線路的連接，孔的深度通常不超過一定的比率(孔徑)。埋孔是指位于印刷線路板內(nèi)層的連接孔，它不會延伸到線路板的表面。上述兩類孔都位于線路板的內(nèi)層，層壓前利用通孔成型制程完成，在過孔形成過程中可能還會重疊做好幾個內(nèi)層。第三種稱為通孔，這種孔穿過整個線路板，可用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部互連或作為元件的黏著定位孔。

采用分區(qū)技巧

在設(shè)計RF電路板時，應(yīng)盡可能把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔離開來，簡單的說，就是讓高功率RF發(fā)射電路遠(yuǎn)離低噪音接收電路。如果PCB板上有很多空間，那么可以很容易地做到這一點(diǎn)。但通常零元件很多時，PCB空間就會變的很小，因此這是很難達(dá)到的?？梢园阉鼈兎旁赑CB板的兩面，或者讓它們交替工作，而不是同時工作。

高功率電路有時還可包括RF緩沖器(buffer)和壓控振蕩器(VCO)。設(shè)計分區(qū)可以分成實(shí)體分區(qū)(physical partitioning)和電氣分區(qū)(Electrical partitioning)。實(shí)體分區(qū)主要涉及零元件布局、方位和遮罩等問題；電氣分區(qū)可以繼續(xù)分成電源分配、RF走線、敏感電路和信號、接地等分區(qū)。

實(shí)體分區(qū)

零元件布局是實(shí)現(xiàn)一個優(yōu)異RF設(shè)計的關(guān)鍵，最有效的技術(shù)是首先固定位于RF路徑上的零元件，并調(diào)整其方位，使RF路徑的長度減到最小。并使RF輸入遠(yuǎn)離RF輸出，并盡可能遠(yuǎn)離高功率電路和低噪音電路。

最有效的電路板堆疊方法是將主接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，而且還可以減少主接地上的虛焊點(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。

在實(shí)體空間上，像多級放大器這樣的線性電路通常足以將多個RF區(qū)之間相互隔離開來，但是雙工器、混頻器和中頻放大器總是有多個RF/IF信號相互干擾，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接地面積。正確的RF路徑對整塊PCB板的性能而言非常重要，這也就是為什么零元件布局通常在移動電話PCB板設(shè)計中占大部份時間的原因。

在移動電話PCB板上，通常可以將低噪音放大器電路放在PCB板的某一面，而高功率放大器放在另一面，并最終藉由雙工器在同一面上將它們連接到RF天線的一端和基頻處理器的另一端。這需要一些技巧來確保RF能量不會藉由過孔，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。可以藉由將盲孔安排在PCB板兩面都不受RF干擾的區(qū)域，來將過孔的不利影響減到最小。

金屬遮罩罩

有時，不太可能在多個電路區(qū)塊之間保留足夠的區(qū)隔，在這種情況下就必須考慮采用金屬遮罩罩將射頻能量遮罩在RF區(qū)域內(nèi)，但金屬遮罩罩也有副作用，例如：制造成本和裝配成本都很高。

外形不規(guī)則的金屬遮罩罩在制造時很難保證高精密度，長方形或正方形金屬遮罩罩又使零組件布局受到一些限制；金屬遮罩罩不利于零元件更換和故障移位元；由于金屬遮罩罩必須焊在接地面上，而且必須與零元件保持一個適當(dāng)?shù)木嚯x，因此需要占用寶貴的PCB板空間。

盡可能保證金屬遮罩罩的完整非常重要，所以進(jìn)入金屬遮罩罩的數(shù)位信號線應(yīng)該盡可能走內(nèi)層，而且最好將信號線路層的下一層設(shè)為接地層。RF信號線可以從金屬遮罩罩底部的小缺口和接地缺口處的布線層走線出去，不過缺口處周圍要盡可能被廣大的接地面積包圍，不同信號層上的接地可藉由多個過孔連在一起。

盡管有以上的缺點(diǎn)，但是金屬遮罩罩仍然非常有效，而且常常是隔離關(guān)鍵電路的唯一解決方案。

RF電路板設(shè)計概論描述

RF電路設(shè)計廣泛應(yīng)用于新一輪藍(lán)牙設(shè)備、無繩電話和蜂窩電話，這些產(chǎn)品的廣泛使用正促使中國電子工程師越來越關(guān)注RF電路設(shè)計技巧。RFPCB設(shè)計是最令設(shè)計工程師感到頭疼的部分，如想一次獲得成功，仔細(xì)規(guī)劃和注重細(xì)節(jié)是必須加以高度重視的兩大關(guān)鍵設(shè)計規(guī)則。

射頻(RF)電路板設(shè)計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)”，但這個觀點(diǎn)只有部分正確，RF電路板設(shè)計也有許多可以遵循的準(zhǔn)則和不應(yīng)該被忽視的法則。不過，在實(shí)際設(shè)計時，真正實(shí)用的技巧是當(dāng)這些準(zhǔn)則和法則因各種設(shè)計約束而無法準(zhǔn)確地實(shí)施時如何對它們進(jìn)行折衷處理。

當(dāng)然，有許多重要的RF設(shè)計課題值得討論，包括阻抗和阻抗匹配、絕緣層材料和層疊板以及波長和駐波，不過，本文將集中探討與RF電路板分區(qū)設(shè)計有關(guān)的各種問題。

今天的蜂窩電話設(shè)計以各種方式將所有的東西集成在一起，這對RF電路板設(shè)計來說很不利?，F(xiàn)在業(yè)界競爭非常激烈，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電路都緊密地擠在一起，用來隔開各自問題區(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)字信號非?？拷鼈兺ǔＴ陔姎馍鲜遣幌喔傻?。電源分配可能對設(shè)計者來說是一個噩夢，為了延長電池壽命，電路的不同部分是根據(jù)需要而分時工作的，并由軟件來控制轉(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。

如何將RF與數(shù)模電路設(shè)計在同一PCB上？

手持無線通信設(shè)備和遙控設(shè)備的普及推動著對模擬、數(shù)字和RF混合設(shè)計需求的顯著增長。手持設(shè)備、基站、遙控裝置、藍(lán)牙設(shè)備、計算機(jī)無線通信功能、眾多消費(fèi)電器以及軍事/航空航天系統(tǒng)現(xiàn)需要采用RF技術(shù)。

在這一舊的方法下，RF設(shè)計師孤立于PCB系統(tǒng)設(shè)計中的其他部分進(jìn)行RF電路的開發(fā)。然后該RF電路再利用ASCII文件翻譯到總體PCB設(shè)計中，從而在主PCB上創(chuàng)建出原理圖和物理實(shí)現(xiàn)。如果RF電路存在問題，那么設(shè)計必須在獨(dú)立的RF解決方案中修正，然后再重新翻譯進(jìn)主PCB。

RF模擬器只模擬了理想的射頻電路。在實(shí)際混合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中有許多零碎的地層、地過空和相鄰的RF電路，這使得分析變得非常的困難，而且誰都知道這些附加的形狀將會對RF電路運(yùn)作產(chǎn)生長久的影響。

這一舊方法多年來已成功地用于混合信號電路板設(shè)計，但隨著產(chǎn)品中RF電路含量的增加，兩個獨(dú)立設(shè)計系統(tǒng)帶來的問題已開始影響設(shè)計師的生產(chǎn)力、產(chǎn)品上市時間和產(chǎn)品的質(zhì)量。

為了解決這些問題，Mentor Graphics公司已經(jīng)開發(fā)出一種動態(tài)鏈接技術(shù)，它可以將PCB原理圖和版圖工具與RF設(shè)計和模擬工具集成在一起，從而產(chǎn)生了一種新的解決方案，它可以克服傳統(tǒng)的射頻設(shè)計的缺點(diǎn)。

RF感知(RF aware)PCB設(shè)計

為保持PCB和RF設(shè)計間的設(shè)計意圖，RF設(shè)計工具必須理解PCB布局中面向?qū)?layer-oriented)的結(jié)構(gòu)，而PCB系統(tǒng)也必須理解RF設(shè)計環(huán)境中使用的參數(shù)化平面微波元件。

另一個關(guān)鍵問題是，PCB系統(tǒng)將RF電路的版圖構(gòu)建成短路電路，這妨礙了對設(shè)計進(jìn)行正確的設(shè)計規(guī)則檢驗(DRC)。對當(dāng)今的復(fù)雜RF系統(tǒng)設(shè)計來說，功能上的RF感知DRC是設(shè)計方法學(xué)確保設(shè)計正確所必須的。

所有這些都對保持設(shè)計意圖有幫助。保持設(shè)計意圖非常關(guān)鍵，因為它是實(shí)現(xiàn)在工具集間設(shè)計數(shù)據(jù)的多次往返而不丟失信息的基礎(chǔ)。

RF設(shè)計是個反復(fù)的過程，需要采取很多步驟對設(shè)計進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。過去，在真實(shí)的PCB設(shè)計背景下，進(jìn)行RF設(shè)計非常困難。當(dāng)當(dāng)在PCB上實(shí)現(xiàn)經(jīng)過優(yōu)化的RF模塊時，仍無法保證它仍工作在最佳狀態(tài)。作為一種驗證，需要對PCB實(shí)現(xiàn)進(jìn)行電磁場分析(EM)。

RF PCB設(shè)計瓶頸主要有以下幾個。第一，由于PCB板上的每個RF模塊可能已經(jīng)被一個獨(dú)立的RF設(shè)計小組設(shè)計出來，以及每個模塊可以獨(dú)立進(jìn)行升級、演變和重利用，因此將整個電路作為一個整體來管理就變得至關(guān)重要，但在任何時候仍然把這些模塊作為單獨(dú)的電路元件進(jìn)行存取。為了解決這個問題，原理圖和版圖工具必須擴(kuò)展，以支持分層分組電路。通過這一方法，即使一個RF電路已經(jīng)在PCB上布好，它仍然可以作為一個RF電路與其它模塊放在一起，并可以連接到適當(dāng)?shù)腞F設(shè)計小組進(jìn)行分析。

下一個障礙是如何設(shè)計地平面。在傳統(tǒng)的設(shè)計流程中，采用RF金屬來作為一個黑箱金屬塊，與地的間隔是手工完成的，因為過空要經(jīng)過每一個地層。當(dāng)RF電路更新后(這是一個頻繁的操作)，裁掉的部分就必須手動修改以對應(yīng)新的電路。對某些設(shè)計來說，僅這一編輯過程可能就要花幾周的時間。

新的綜合設(shè)計流程

RF設(shè)計工具和PCB設(shè)計工具之間的綜合一直以ASCII IFF格式文件的雙向轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)。該格式雖能處理部分設(shè)計數(shù)據(jù)，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有實(shí)現(xiàn)無縫的反復(fù)綜合。缺少庫同步是致命的一個原因。

這種設(shè)計需求催生出了一個基于網(wǎng)絡(luò)的工具間的通信，它在RF設(shè)計和系統(tǒng)級PCB設(shè)計間提供一個動態(tài)雙向鏈接(圖1(b))。為支持并行工程處理，多個PCB工程師可同時使用同一個設(shè)計數(shù)據(jù)庫，每人都能鏈接一個或多個模擬部分?，F(xiàn)在，可以采用RF設(shè)計工具來設(shè)計RF模塊，并在恰當(dāng)時候?qū)⑵渚C合為系統(tǒng)級原理圖和PCB的一部分，而不再像過去那樣僅是個難以琢磨的黑匣子電路。在此階段，可在任一環(huán)境中升級電路并模擬其效果。

將每個RF電路看作一組對象，以幫助維護(hù)可追溯性、版本管理和設(shè)計問題。因為設(shè)計意圖得以保全，所以可實(shí)施任意多次的設(shè)計反復(fù)，而沒有時間成本。此外，因為可以在真實(shí)系統(tǒng)級PCB環(huán)境中對RF模塊進(jìn)行模擬，所以應(yīng)該更詳盡地對其功能進(jìn)行驗證以幫助縮短設(shè)計周期。

高速精準(zhǔn)PCB抄板的高招

下面再為大家介紹一種最方便最高效精準(zhǔn)的PCB抄板方法，只需要你稍有PROTEL電路基礎(chǔ)就能輕易掌握。

要準(zhǔn)備什么？呵呵，一臺普通掃描儀，你的電腦，安裝一個Quickpcb2005程序，夠了。

先簡單介紹下流程：

1.掃描電路板圖片
2.運(yùn)行Quickpcb2005程序
3.在文件菜單中調(diào)入掃描的電路板圖片
4.這個軟件提供了測量工具和計算器，直接在掃描后有彩色圖片上放置任意元素
5.抄完頂層，打開層設(shè)置菜單，關(guān)閉頂層，在文件菜單中調(diào)入底層圖片
6.依次抄出其它內(nèi)層
7.存出PCB文件，完成抄板

以一塊雙面板為例來說：
我們先掃描線路板的上下表層，存出兩張BMP圖片。打開Quickpcb2005，點(diǎn)“文件”“打開底圖”，打開一張掃描圖片。Quickpcb里的圖標(biāo)和快捷鍵與PROTEL非常相似。

比如我們用PAGEUP放大屏幕，看到焊盤，按PP放置一個焊盤，看到線按PT走線??就象小孩描圖一樣，在這個軟件里描畫一遍，點(diǎn)“保存”生成一個B2P的文件。然后我們再點(diǎn)“文件”“打開底圖”，打開另一層的掃描彩圖;再點(diǎn)“文件”“打開”，打開前面保存的B2P文件，我們看到剛抄好的板，疊在這張圖片之上--同一張PCB板，孔在同一位置，只是線路連接不同。所以我們按“選項”--“層設(shè)置”，在這里關(guān)閉顯示頂層的線路和絲印，只留下多層的過孔。

頂層的過孔與底層圖片上的過孔在同一位置，現(xiàn)在我們再象童年時描圖一樣，描出底層的線路就可以了。再點(diǎn)“保存”--這時的B2P文件就有了頂層和底層兩層的資料了。這時我們點(diǎn)“文件”“導(dǎo)出為PCB文件”，就可以得到一個有兩層資料的PCB文件，我們可以再改板或再出原理圖或直接生產(chǎn)。

如果是多層板還要細(xì)心打磨到里面的內(nèi)層，同時重復(fù)前面介紹的步驟，當(dāng)然圖形的命名也不同，要根據(jù)層數(shù)來定，一般雙面板抄板要比多層板簡單許多，多層板抄板容易出現(xiàn)對位不準(zhǔn)的情況，所以多層板抄板要特別仔細(xì)和小心（其中內(nèi)部的導(dǎo)通孔和不導(dǎo)通孔很容易出現(xiàn)問題）。

原件中的電路板，左邊那個68pin的模塊是一個rfid模塊，紅點(diǎn)的位置A是輸出rf信號的引腳，該引腳兩邊的引腳都是地；圖片右側(cè)，是TI公司設(shè)計的一個標(biāo)準(zhǔn)的用于該rf芯片的倒F天線。紅點(diǎn)位置B，是饋電點(diǎn)。

這張照片是國外的一個學(xué)校做的原型產(chǎn)品，直接把A點(diǎn)和B點(diǎn)相連，看起來應(yīng)該是可以工作的；我的問題是：

A/B兩點(diǎn)之間的連線，在長度，線寬，rf銅線和GND的距離方面，要求很嚴(yán)格嗎？還是差不多就行？我們的應(yīng)用是rfid應(yīng)用，對信號要求可能沒有手機(jī)那么嚴(yán)，但是也不希望人家是設(shè)計80m距離的模塊，裝到我們的板子上就只能傳輸20米，那也太難看了

2.4G無線技術(shù)詳解

第一節(jié)：2.4G無線技術(shù)優(yōu)勢

大家所謂的2.4G無線技術(shù)，其頻段處于2.405GHz-2.485GHz（科學(xué)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)）之間。所以簡稱為2.4G無線技術(shù)。這個頻段里是國際規(guī)定的免費(fèi)頻段，是不需要向國際相關(guān)組織繳納任何費(fèi)用的。這就為2.4G無線技術(shù)可發(fā)展性提供了必要的有利條件。而且2.4G無線技術(shù)不同于之前的27MHz無線技術(shù)，它的工作方式是全雙工模式傳輸，在抗干擾性能上要比27MHz有著絕對的優(yōu)勢。這個優(yōu)勢決定了它的超強(qiáng)抗干擾性以及最大可達(dá)10米的傳輸距離。此外2.4G無線技術(shù)還擁有理論上2M的數(shù)據(jù)傳輸速率，比藍(lán)牙的1M理論傳輸速率提高了一倍。這就為以后的應(yīng)用層提高了可靠的保障。綜合2.4G、藍(lán)牙以及27MHz這三種常用的無線傳輸技術(shù)，2.4G有著自己獨(dú)到的優(yōu)勢所在。相比藍(lán)牙它的產(chǎn)品制造成本更低，提供的數(shù)據(jù)傳輸速率更高。相比同樣免費(fèi)的27MHz無線技術(shù)它的抗干擾性、最大傳輸距離以及功耗都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出。

2.4G無線鼠標(biāo)

2.4G無線鍵鼠套裝已經(jīng)出現(xiàn)有一段時間了，而且一直穩(wěn)定占據(jù)著中低端無線鍵鼠的市場。藍(lán)牙目前還是被作為高端無線技術(shù)應(yīng)用在鍵鼠之上。市場份額相對較少但是卻不可或缺，因為藍(lán)牙有本身相對開放的連接協(xié)議。而不是2.4G無線的通過兌碼實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)對點(diǎn)連接。不過，因為鍵鼠的身份比較特殊，一臺電腦一套鍵鼠已經(jīng)足以應(yīng)付。不像PSP或是手機(jī)那樣本身就是一個載體可以利用藍(lán)牙的點(diǎn)對面功能收發(fā)數(shù)據(jù)，這就決定了2.4G無線技術(shù)在鍵鼠產(chǎn)品上是未來的發(fā)展趨勢所在。

2.4G無線鍵盤

既然是未來的發(fā)展趨勢，被用戶廣泛應(yīng)用是時間遲早的問題。講究便攜、抗干擾、以及傳輸距離的HTPC用戶恰好和2.4G無線技術(shù)的諸多特點(diǎn)相融合。如今很多知名的鍵鼠廠商已經(jīng)把未來的無線技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展方向?qū)?zhǔn)了2.4G。有了大的廠商帶動，相信越來越多的用戶會對2.4G無線鍵鼠產(chǎn)品產(chǎn)生濃厚的興趣。

2.4G無線鍵鼠收發(fā)模塊介紹

通過我們一直以來對市場中大部分品牌的資料收集，基本目前市場中的2.4G無線鍵鼠產(chǎn)品所用到的無線收發(fā)模塊都是NRF24L01芯片，此款芯片出自挪威著名IC芯片公司Nordic。