高速pcb設計指南之六-閱讀頁
2024-09-23 08:14本頁面
【正文】 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、模擬和數字信號非?？拷?，但它們通常在電氣上是不相干的。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，但通常元器件很多， PCB 空間較小，因而這通常是不可能的。高功率電路 有時還可包括 RF 緩沖器和壓控制振蕩器 (VCO)。稍后，我們將討論如何根據需要打破 這個設計原則，以及如何避免由此而可能引起的問題。 RF 輸出通常需要遠離 RF 輸入，稍后我們將進行詳細討論。 二、如何進行分區(qū)？ 設計分區(qū)可以分解為物理分區(qū)和電氣分區(qū)。 首先我們討論物理分區(qū)問題。 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 。 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。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 板設計中占大部分時間的原因。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，常用的技術是在 兩面都使用盲孔 。 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，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距離，因此需要占用寶貴的 PCB 板空間。 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。 此 外，恰當和有效的芯片電源去耦也非常重要。 最小電容值通常取決于其自諧振頻率和低引腳電感， C4 的值就是據此選擇的。電感 L1 使 RF 信號無法從電源線耦合到芯片中。 這些去耦元件的物理位置通常也很關鍵，圖 2 表示了一種典型的布局方法。將元件與地層相連的過孔應該盡可能靠近 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，電感應該靠近C1。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。 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。這意味著蜂窩電話需要運行多種電源，而這給隔離帶來了更多的問題。 蜂窩電話里大多數電路的直流電流都相當小，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走一條盡可能寬的大電流線，以將傳輸壓降減到最低 。此外，如果不能在高功率放大器的電源引腳端對它進行充分的去耦，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。 在大多數情況下，同樣關鍵的是確保 RF 輸出遠離 RF 輸入。在最壞情況下，如果放大器和緩沖器的輸出以適當的相位和振幅反饋到它們的輸入端，那么它們就有可能產生自激振蕩。實際上，它們可能會變得不穩(wěn)定，并將噪音和互調信號添加到 RF 信號上。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。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。 有時 可以選擇走單端或平衡 RF 信號線 ，有關交叉干擾和EMC/EMI 的原則在這里同樣適用。 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，并用于驅動不同的電路，特別是本振可能需要緩沖器 來驅動多個混頻器。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。 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，不再進行詳細說明。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。 要確保 RF 走線下層的地是實心的，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。事實上， 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 。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，它有助于設置 VCO 工作頻率和將語音或數據調制到 RF 信號上。由于諧振電路含有數量相當多的元器件、板上分布區(qū)域較寬以及通常運行在一個很高的 RF 頻率下，因此諧振電路通常對噪聲非常敏感。要做到這點是不容易的。 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)射和接收信號強度快速變化的能力，因此要求 AGC 電路有一個相當寬的帶寬，而這使某些關鍵電路上的 AGC 放大器很容易引入噪聲。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 。通常信號電平越高，就越容易把噪聲引入到其它電路。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見和事先仔細的計劃，每次你能在這方面所做的事都很少。這一因疏忽而導致的嚴重后果，無論如何對你的個人事 業(yè)發(fā)展來說不是一件好事。類似面包板的微型過孔構造板在 RF 線路開發(fā)階段很有用，如果你選用了構造板，那么你毋須花費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，而這在大批量生產時會增加成本。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。 一個實心的整塊接地面直接放在表層下第一層時，隔離效果最好，盡管小心一點設計時其它的做法也管用。 在 PCB 板的每一層，應布上盡可能多的地，并把它們連到主地面。應當 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。 本文小結 在拿到一張工程更改單 (ECO)時，要冷靜，不要輕易消除你所有辛辛苦苦才完成的工作。當你必須在某個時間段里完成一份工作時，你很容易就會忘記一些關鍵的東西，更不用說要作出更改了。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)才有可能實現，這意味著必須在設計開始階段就要進行徹底的、仔細的 規(guī)劃，并對每個設計步驟的工作進展進行全面持續(xù)地評
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