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射頻PCB電路板設(shè)計經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

一、傳輸線

圖1:直角補(bǔ)償

圖1:直角補(bǔ)償

  1. 根據(jù)50Ω特性阻抗所需的線寬和鋪地間距,選擇正確的傳輸線類型(微帶線或帶狀線);

  2. 通過阻抗計算工具確保阻抗線路安裝50Ω特性阻抗設(shè)計,并確定線寬和鋪地間距以及結(jié)構(gòu);

  3. 為保持射頻線路特性阻抗的連續(xù)性,保持射頻布線寬度和線間距保持一致,不發(fā)生突變。

  4. 針對帶狀線,鋪地間距應(yīng)小于傳輸線與參考面的厚度,否則帶狀線將變?yōu)槲Ь€;

  5. 針對帶狀線,確保鏡像地面積盡量大,至少要大于傳輸線與地的間隙;

  6. 為射頻傳輸線提供一個干凈,沒有干擾的,同時沒有任何射頻信號線通過其下穿過的鏡像地,以提供一個良好的射頻信號信號回路;

  7. 盡量縮短傳輸線的長度,長的傳輸線將帶來衰減;

  8. 避免射頻傳輸線的直角,必須需要拐角時應(yīng)進(jìn)行直角補(bǔ)償,見附圖1;

  9. 射頻信號線上盡量不要出現(xiàn)分叉或者之腳,都會對射頻阻抗產(chǎn)生影響;

  10. 不要在射頻傳輸線上平行布置任何線路,這樣的線路會增加線與線之間的額耦合;

  11. 不要在射頻傳輸線上設(shè)置測試點(diǎn);

二、PCB疊層

? ?PCB疊層設(shè)計推薦使用四層板結(jié)構(gòu),層設(shè)置架構(gòu)如下:

【Top layer】射頻IC和元件、射頻傳輸線、天線、去耦電容和其他信號線,見附圖2;

【Layer 2】地平面

【Layer 3】電源平面

【Bottomlayer】非射頻元件和信號線

完整的電源平面提供極低的電源阻抗和分布的去耦電容,同時射頻信號線有一個完整的參考地,為射頻信號提供完整恒定不變的參考,有利于射頻傳輸線阻抗的連續(xù)性。

射頻pcb兩層板主要用于低成本,簡單的電路板。為是設(shè)計50Ω特性阻抗,一般電路板厚度要很小,同時電路板的也無法提供完整的地平面。

圖2:Top layer

圖2:Top layer

1、地平面

地平面設(shè)計在射頻電路板設(shè)計中十分重要,見圖3。射頻信號的返回路徑就是射頻信號線下的地平面,良好的地設(shè)計是完整的且盡可能寬的不存在中斷地平面,一旦返回路徑的地平面被中斷,返回信號就會找一個更小阻抗的路徑回流,這樣就加大電流環(huán)路,增加了電感引起不必要的EMI的干擾。同時增加了阻抗匹配的難度同時產(chǎn)生一定的衰減。過窄的地平面是傳輸線的性能改變,可能會帶來更多的射頻信號泄露。

2、地平面設(shè)計規(guī)則

圖3:Layer 2

圖3:Layer 2

三、射頻PCB電路板電源退耦

射頻PCB電路板電源供電需要通過退耦電容濾除IC的噪聲,見圖4,避免噪聲在不同設(shè)備(IC)之間流轉(zhuǎn),同時電源噪聲會增加頻率合成器的相位噪聲,降低接收機(jī)的接收靈敏度,增加信號的雜散等不利影響。

電源退耦建議

  1. 退耦電容放置離電源越近越好;

  2. 退耦電容容值越小離供電管腳越近;

  3. 盡量將退耦電容和電源設(shè)置在同一個平面,如果無法將所有的電容放置在同一個平面,優(yōu)先小容值的電容;

  4. 供電電源經(jīng)過退耦電容后進(jìn)入IC,在退耦電容和IC管腳之間不要放置過孔。

  5. 為每個退耦電容設(shè)置一個地過孔,不要共用地過孔。

  6. 對于設(shè)置了獨(dú)立電源層的電路板,使用獨(dú)立的過孔為每個用電“單位”供電,不要共用電源過孔。


圖4:電源退耦 (2)

圖4:電源退耦

四、射頻PCB電路板過孔

圖5:地孔伴隨

圖5:地孔伴隨

過孔是連接不同信號層的關(guān)鍵“裝置”,然而他具有極高的寄生參數(shù),會帶來很多寄生干擾和問題。

PCB過孔規(guī)則

  1. 使用盡可能的多的過孔連接不同層,且間隔不大于信號波長的λ/20;

  2. “地孔伴隨”,在信號線附近設(shè)置盡可能的多的過孔,以降低過孔的寄生電感,見圖5;

  3. 焊盤和焊點(diǎn)不要共用過孔,盡量獨(dú)立;

  4. 盡量避免射頻信號跨層;

  5. QFN封裝的器件,其底部設(shè)置盡可能多的過孔;

  6. 可以使用地孔來隔離干擾源和敏感電路;

五、射頻PCB電路板電容、電感

PCB電容使用規(guī)則

  1. 射頻電路使用C0G/NP0兩種規(guī)格的電容,避免受到溫度變化的影響;

  2. 晶振的負(fù)載電容,使用C0G/NP0兩種規(guī)格的電容;

  3. 用于匹配的電容,應(yīng)工作在其自諧振頻率(SRF)以下;

  4. 射頻電路采用高Q的電容;

  5. 用于退耦的電容,沒必要采用C0G電容,一般采用X5R或X7R即可(根據(jù)溫度決定);

  6. 退耦電容采用SRF對應(yīng)值的電容;

  7. 建議使用小封裝的電容(如0201或0402),降低寄生參數(shù)對射頻電路的影響;

  8. 對于已經(jīng)匹配的射頻信號線路的隔直電容,最好采用SRF與信號頻率比較接近的電容,具有較低的ESR,減小信號的衰減。

PCB電感使用規(guī)則

  1. 采用高Q值的電感用于匹配電路,應(yīng)工作在其自諧振頻率(SRF)以下;

  2. 用于濾波的電感,應(yīng)使用其自諧振頻率接近噪聲頻率;

  3. 相鄰電感不要平行放置,應(yīng)盡量增加距離并垂直放置;

  4. 射頻陶瓷電感具有價格優(yōu)勢和較高的SRF,但是其Q值較低同時耐流較差,尤其高感值的電感,使用時仔細(xì)核對器件手冊;

  5. 繞線電感具有極低的直流電阻,高的Q值和較大的耐流;綜合繞線電感的性能優(yōu)于陶瓷電感,但成本較高。

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