高速pcb設(shè)計(jì)指南之六-wenkub.com
2024-08-30 08:14 本頁面
【正文】 成功的 RF設(shè)計(jì)必須仔細(xì)注意整個(gè)設(shè)計(jì)過程中每個(gè)步驟及每個(gè)細(xì)節(jié)才有可能實(shí)現(xiàn)，這意味著必須在設(shè)計(jì)開始階段就要進(jìn)行徹底的、仔細(xì)的 規(guī)劃，并對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)步驟的工作進(jìn)展進(jìn)行全面持續(xù)地評(píng)估。 本文小結(jié) 在拿到一張工程更改單 (ECO)時(shí)，要冷靜，不要輕易消除你所有辛辛苦苦才完成的工作。 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。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(shí)盡可 能在每根 RF 走線周圍多布一些地，并把它們連到主地。這一因疏忽而導(dǎo)致的嚴(yán)重后果，無論如何對(duì)你的個(gè)人事 業(yè)發(fā)展來說不是一件好事。通常信號(hào)電平越高，就越容易把噪聲引入到其它電路。 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(hào)強(qiáng)度快速變化的能力，因此要求 AGC 電路有一個(gè)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。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(gè)很高的 RF 頻率下，因此諧振電路通常對(duì)噪聲非常敏感。事實(shí)上， VCO 往往布放在 RF區(qū)域的末端，有時(shí)它還需要一個(gè)金屬屏蔽罩 。總的來說，在這一級(jí)以后你再也沒有辦法從 RF 輸出信號(hào)中將噪聲去掉。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(huì)相互干擾。 有時(shí) 可以選擇走單端或平衡 RF 信號(hào)線 ，有關(guān)交叉干擾和EMC/EMI 的原則在這里同樣適用。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。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。此外，如果不能在高功率放大器的電源引腳端對(duì)它進(jìn)行充分的去耦，那么高功率噪聲 將會(huì)輻射到整塊板上，并帶來各種各樣的問題。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。有些芯片需要多個(gè)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(duì)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(huì)遇到一些麻煩。 這些去耦元件的物理位置通常也很關(guān)鍵，圖 2 表示了一種典型的布局方法。 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。 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(gè)過孔連在一起。需要一些技巧來確保直通過孔不會(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 。 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，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。 首先我們討論物理分區(qū)問題。 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。高功率電路 有時(shí)還可包括 RF 緩沖器和壓控制振蕩器 (VCO)。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?，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。 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) ”，但這個(gè)觀點(diǎn)只有部分正確， RF 電路板設(shè)計(jì)也有許多可以遵循的準(zhǔn)則和不應(yīng)該被忽視的法則。 流過的路徑和方式。 ，模擬信號(hào)只能在電路板的模擬部分布線。 。但是 緊鄰電源層的信號(hào)線不能跨越電源之間的間隙，而所有跨越該間隙的信號(hào)線都必須位于緊鄰大面積地的電路層上 。 要測(cè)試該電路板的功能和 EMC 性能，然后將兩個(gè)地通過 0 歐姆電阻或跳線連接在一起，重新測(cè)試該電路板的功能和 EMC 性能。這樣的布局布線既滿足了 IC 器件廠商對(duì)模擬地和數(shù)字地管腳低阻抗連接的要求，同時(shí)又不會(huì)形成環(huán)路天線或偶極天線而產(chǎn)生 EMC 問題。 如果系統(tǒng)中 A/D 轉(zhuǎn)換器較多，例如 10個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器怎樣連接呢？如果在每一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器的下面都將模擬地和數(shù)字地連接在一起，則產(chǎn)生多點(diǎn)相連，模擬地和數(shù)字地之間的隔離就毫無意義。按照這個(gè)建議，需要把 A/D 轉(zhuǎn)換器的 AGND 和 DGND 管腳都連接到模擬地上，但這種方法會(huì)產(chǎn)生諸如數(shù)字信號(hào)去耦電容的接地端應(yīng)該接到模擬地還是數(shù)字地的問題。如果布局布線合理，數(shù)字地電流將限制在電路板的數(shù)字部分，不會(huì)干擾模擬信號(hào)。 只有將數(shù)字信號(hào)布線在電路板的模擬部分之上或者將模擬信號(hào)布線在電路板的數(shù)字部分之上時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾。 高頻電流總是選擇阻抗最小 (電感最低 )，直接位于信號(hào)下方的路徑，因此返回電流會(huì)流過鄰近的電路層，而無論這個(gè)臨近層是電 源層還是地線層。 采用 光隔離器件或變壓器也能實(shí)現(xiàn)信號(hào)跨越分割間隙 。 了解電流回流到地的路徑和方式是優(yōu)化混合信號(hào)電路板設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 如圖 1 所示，我們采用上述分割方法，而且信號(hào)線跨越了兩個(gè)地之間的間隙，信號(hào)電流的返回路徑是什么呢？假定被分割的兩個(gè)地在某處連接在一起 (通常情況下是在某個(gè)位置單點(diǎn)連接 )，在這種情況下，地電流將會(huì)形成一個(gè)大的環(huán)路。 有人建議將混合信號(hào)電路板上的數(shù)字地 和模擬地分割開，這樣能實(shí)現(xiàn)數(shù)字地和模擬地之間的隔離。本文介紹的地和電源的分區(qū)設(shè)計(jì)能優(yōu)化混合信號(hào)電路的性能。由于 OC48 處理器總線采用一種改進(jìn)的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在自動(dòng)布線時(shí)其優(yōu)先級(jí)最高 (見圖 7)。這將減少反射路徑。為了以 英寸的最小 ATE 測(cè)試探頭實(shí)現(xiàn) ATE 測(cè)試，必須保留引出過孔 (breakout via)的位置，以保證電源層不會(huì)被過孔的反面焊盤 (antipads)交叉所隔斷。記住，要 在整個(gè)卡上以矩陣排列的形式放置額外的旁路電容，即使在無源器件附近也要放置 (見圖 6)。簡(jiǎn)言之，根據(jù)需要微調(diào)旁路電容的位置，使之安裝方便并分布在數(shù)字部件和混合信號(hào)器件數(shù)字部分的周圍。要采用裝配工藝允許的最短和最寬的印制線。 在解決問題的過程中，布板階段做一些調(diào)整是當(dāng)然的事。要注意仔細(xì)設(shè)計(jì)下列電路：對(duì)模擬信號(hào)靈敏度高的 CPU 中 PLL 電源濾波電路的位置；本地CPU內(nèi)核電壓調(diào)整器；用于 “數(shù)字 ”微處理器的參考電壓電路。有時(shí)，他們提供的解決方案對(duì)于使用該器件的 “一級(jí)客戶 ”是可行的。但是，在布線之前很難預(yù)測(cè)布局的最佳方案 (見圖 5)。對(duì)一塊混合信號(hào) PCB 的模擬部分和 2V 工作電壓的本地 CPU 內(nèi)核，不推薦采用 “先布局后布線 ”的方法。由于外部光纜接 入卡的方位和光收發(fā)器部分元件尺寸較高，使收發(fā)器在卡中的位置很大程度上被固定死。要
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