高速pcb設計指南之六(參考版)
2024-09-07 08:14本頁面
【正文】 。 不論是不是 “黑色藝術(shù) ”，遵守一些基本的 RF 設計規(guī)則和留意一些優(yōu)秀的 設計實例將可幫助你完成 RF 設計工作。一張 ECO 很輕易使你的工作陷入混亂，不管需要做的修改是多么的微小。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?。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。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。 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。 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。 同樣 應使 RF 線路遠離模擬線路和一些很關(guān)鍵的數(shù)字信號，所有的 RF 走線、焊盤和元件周圍應盡可能多填接地銅皮，并盡可能與主地相連 。因此在設計早期階段，仔細的計劃、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計更改將可能導致一個即將完成的設計又必須推倒重來。 在所有 PCB 設計中， 盡可能將數(shù)字電路遠離模擬電路 是一條總的原則，它同樣也適用于 RF PCB 設計。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，而且也不容易感應噪聲。 設計 AGC線路必須遵守良好的模擬電路設計技術(shù)，而這跟很短的運放輸入引腳和很短的反饋路徑有關(guān)，這兩處都必須遠離RF、 IF 或高速數(shù)字信號走線。 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。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。 所有 VCO 的設計原則同樣適用于諧振電路。 諧振電路 (一個用于發(fā)射機，另一個用于接收機 )與 VCO 有關(guān)，但也有它自己的特點。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。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 。 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。 緩沖器對設計的幫助很大，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。當混頻器在 RF 頻率處到達共模隔離狀態(tài)時，它將無法正常工作。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、走線和負載的阻抗，實際布線可能會有一些困難。圖 3 詳細說明了這一接地辦法。把需要穿過濾波器的信號線盡可能遠離濾波器引腳也是個好方法。 如果射頻信號線不得不從濾波器的輸入端繞回輸出端，這可能會嚴重損害濾波器的 帶通特性。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。這也適用于放大器、緩沖器和濾波器。高功率放大器的接地相當關(guān)鍵，并經(jīng)常需要為其設計一個金屬屏蔽 罩。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。電源通常從連接器引入，并立即進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)壓器之后對其進行分配?，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 對其進行控制，以延長電池工作壽命。 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產(chǎn)生干擾信號，因此它們之間的距離至少要相當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。 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行去耦 。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)通常應當通過下一地層與芯片的接地引腳相連。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，另外將感應的射頻信號與關(guān)鍵線路隔 離開也很必要。 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。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四個電容和一個隔離電感來確保濾除所有的電源噪音 (見圖 1)。 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。 盡可能保證屏蔽罩的完整非常重要， 進入金屬屏蔽罩的數(shù)字信號線應該盡可能走內(nèi)層 ， 而且最好走線層的下面一層 PCB 是地層 。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。 在蜂窩電話 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。 RF 與 IF 走線應盡可能走十字交叉，并盡可能在 它們之間隔一塊地 。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，并可減少 RF 能量泄 漏到層疊板內(nèi)其他區(qū)域的機會。元器件布局是實現(xiàn)一個優(yōu)秀RF 設計的關(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，使輸入遠離輸出，并盡可能遠地分離高功率電路和低功率電路。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)。 敏感的模擬信號應該盡可能遠離高速數(shù)字信號和 RF 信號 。 芯片和電源去耦同樣也極為重要，稍后將討論實現(xiàn)這個原則的幾種方法。 確保 PCB 板上高功率區(qū)至少有一整
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