由於射頻(RF)電路為分布參數電路，在電路的實際工作中容易產生趨膚效應和耦合效應，所以在實際的PCB設計中，會發現電路中的幹擾輻射難以控製，如：數字電路和模擬電路之間相互幹擾、供電電源的噪聲幹擾
、地線不合理帶來的幹擾等問題。正因為如此，如何在PCB的設計過程中，權衡利弊尋求一個合適的折中點，盡可能地減少這些幹擾，甚至能夠避免部分電路的幹涉，是射頻電路PCB設計成敗的關鍵。文中從PCB的LAYOUT角度，提供了一些處理的技巧，對提高射頻電路的抗幹擾能力有較大的用處。

 

1、RF布局

 

這裏討論的主要是多層板的元器件位置布局。元器件位置布局的關鍵是固定位於RF路徑上的元器件
，通過調整其方向
，使RF路徑的長度最小，並使輸入遠離輸出，盡可能遠地分離高功率電路和低功率電路，敏感的模擬信號遠離高速數字信號和RF信號。

 

在布局中常采用以下一些技巧。

 

1.1 一字形布局

 

RF主信號的元器件盡可能采用一字形布局，如圖1所示。但是由於PCB板和腔體空間的限製
，很多時候不能布成一字形

，這時候可采用L形
，最好不要采用U字形布局(如圖2所示)，有時候實在避免不了的情況下，盡可能拉大輸入和輸出之間的距離，至少1.5cm以上。

 

圖1 一字形布局

 

圖2 L形和U字形布局

 

另外在采用L形或U字形布局時，轉折點最好不要剛進入接口就轉
，如圖3左所示，而是在稍微有段直線以後再轉，如圖3右圖所示。

 

圖3 兩種方案

 

1.2 相同或對稱布局

 

相同的模塊盡可能做成相同的布局或對稱的布局，如圖4、圖5所示。

 

圖4 相同布局

 

圖5 對稱布局

 

1.3 十字形布局

 

偏置電路的饋電電感與RF通道垂直放置，如圖6所示
，主要是為了避免感性器件之間的互感。

 

圖6 十字形布局

 

1.4 45度布局

 

為合理的利用空間
，可以將器件45度方向布局，使射頻線盡可能短
，如圖7所示。

 

圖7 45度布局

 

2
、RF布線

 

布線的總體要求是：RF信號走線短且直，減少線的突變
，少打過孔，不與其它信號線相交，RF信號線周邊盡量多加地過孔。

 

以下是一些常用的優化方式：

 

2.1 漸變線處理

 

在射頻線寬比IC器件管腳的寬度大比較多的情況下，接觸芯片的線寬采用漸變方式，如圖8所示。

 

圖8 漸變線

 

2.2 圓弧線處理

 

射頻線不能直的情況下，作圓弧線處理
，這樣可以減少RF信號對外的輻射和相互問的耦合。有實驗證明，傳輸線的拐角采用變曲的直角，能最大限度的降低回損。如圖9所示。

 

圖9 圓弧線

 

2.3 地線和電源

 

地線盡可能粗。在有條件的情況下
，PCB的每一層都盡可能的鋪地
，並使地連到主地上，多打地過孔，盡量降低地線阻抗。

 

RF電路的電源盡量不要采用平麵分割，整塊的電源平麵不但增加了電源平麵對RF信號的輻射
，而且也容易被RF信xin號hao的de幹gan擾rao。所suo以yi電dian源yuan線xian或huo平ping麵mian一yi般ban采cai用yong長chang條tiao形xing狀zhuang，根gen據ju電dian流liu的de大da小xiao進jin行xing處chu理li，在zai滿man足zu電dian流liu能neng力li的de前qian提ti下xia盡jin可ke能neng粗cu，但dan是shi又you不bu能neng無wu限xian製zhi的de增zeng寬kuan。在zai處chu理li電dian源yuan線xian的de時shi候hou，一yi定ding要yao避bi免mian形xing成cheng環huan路lu。

 

電源線和地線的方向要與RF信號的方向保持平行但不能重疊，在有交叉的地方最好采用垂直十字交叉的方式。

 

2.4 十字交叉處理

 

RF信號與IF信號走線十字交叉，並盡可能在他們之間隔一塊地。

 

RF信號與其他信號走線交叉時
，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。這裏的其他信號走線也包括電源線。

 

2.5 包地處理

 

對射頻信號、幹擾源、敏感信號及其他重要信號進行包地處理，這樣既可以提高該信號的抗幹擾能力，也可以減少該信號對其他信號的幹擾。如圖10所示。

 

圖10 包地處理

 

2.6 銅箔處理

 

銅箔處理要求圓滑平整
，不允許有長線或尖角，若不能避免，則在尖角、細長銅箔或銅箔的邊緣處補幾個地過孔。

 

2.7 間距處理

 

射頻線離相鄰地平麵邊緣至少要有3W的寬度，且3W範圍內不得有非接地過孔。

 

圖11 間距

 

同層的射頻線要作包地處理
，並在地銅皮上加地過孔

，孔間距應小於信號頻率所對應波長(λ)的1／20
，均勻排列整齊。包地銅皮邊緣離射頻線2W的寬度或3H的高度
，H表示相鄰介質層的總厚度。

 

3
、腔體處理

 

對整個RF電(dian)路(lu)，應(ying)把(ba)不(bu)同(tong)模(mo)塊(kuai)的(de)射(she)頻(pin)單(dan)元(yuan)用(yong)腔(qiang)體(ti)隔(ge)離(li)，特(te)別(bie)是(shi)敏(min)感(gan)電(dian)路(lu)和(he)強(qiang)烈(lie)輻(fu)射(she)源(yuan)之(zhi)間(jian)，在(zai)大(da)功(gong)率(lv)的(de)多(duo)級(ji)放(fang)大(da)器(qi)中(zhong)，也(ye)應(ying)保(bao)證(zheng)級(ji)與(yu)級(ji)之(zhi)間(jian)的(de)隔(ge)離(li)。整(zheng)個(ge)電(dian)路(lu)支(zhi)流(liu)放(fang)置(zhi)好(hao)後(hou)
，就(jiu)是(shi)對(dui)屏(ping)蔽(bi)腔(qiang)的(de)處(chu)理(li)
，屏(ping)蔽(bi)腔(qiang)體(ti)的(de)處(chu)理(li)有(you)以(yi)下(xia)注(zhu)意(yi)事(shi)項(xiang)：

 

整個屏蔽腔體盡量做成規則形狀，便於鑄模。對於每一個屏蔽腔盡量做成長方形，避免正方形的屏蔽腔。

 

屏蔽腔的轉角采用弧形，屏蔽金屬腔體一般采用鑄造成型，弧形的拐角便於鑄造成型時候拔模。如圖12所示。

 

圖12 腔體

 

pingbiqiangtidezhoubianshimifengde，jiekoudexianyinruqiangtiyibancaiyongdaizhuangxianhuoweidaixian
，erqiangtineibubutongmokuaicaiyongweidaixian，butongqiangtixianglianchucaiyongkaicaochuli，kaicaodekuanduwei3mm，微帶線走在正中間。

 

腔體的拐角放置3mm的金屬化孔，用來固定屏蔽殼

，在每支長的腔體上也要均勻放置同等的金屬化孔，用來加固支撐作用。

 

腔體一般做開窗處理
，便於焊接屏蔽殼，腔體上一般厚2 mm以上，腔體上加2排開窗過孔屏，過孔相互錯開，同一排過孔之間間距150MIL。

 

4、結束語

 

射頻電路PCB設she計ji成cheng敗bai的de關guan鍵jian在zai於yu如ru何he減jian少shao電dian路lu輻fu射she
，從cong而er提ti高gao抗kang幹gan擾rao能neng力li，但dan是shi在zai實shi際ji的de布bu局ju與yu布bu線xian中zhong一yi些xie問wen題ti的de處chu理li是shi相xiang衝chong突tu的de，因yin此ci如ru何he尋xun求qiu一yi個ge折zhe中zhong點dian，使shi整zheng個ge射she頻pin電dian路lu的de綜zong合he性xing能neng達da到dao最zui優you，是shi設she計ji者zhe必bi須xu要yao考kao慮lv的de問wen題ti。所suo有you這zhe些xie都dou要yao求qiu設she計ji者zhe具ju有you一yi定ding的de實shi踐jian經jing驗yan和he工gong程cheng設she計ji能neng力li，但dan是shi要yao具ju備bei這zhe些xie能neng力li
，每mei一yi個ge設she計ji者zhe都dou不bu可ke能neng一yi蹴cu而er就jiu的de，隻zhi有you從cong其qi他ta人ren那na裏li借jie鑒jian經jing驗yan，加jia上shang自zi己ji的de不bu停ting摸mo索suo和he思si考kao，才cai能neng不bu斷duan進jin步bu。本ben文wen總zong結jie工gong作zuo中zhong的de一yi些xie設she計ji經jing驗yan，有you利li於yu提ti高gao射she頻pin電dian路luPCB的抗幹擾能力，幫助射頻電路設計初學者少走不必要的彎路。

 

PCB射頻電路四大基礎特性

 

此處將從射頻界麵、小的期望信號、大的幹擾信號、相鄰頻道的幹擾四個方麵解讀射頻電路四大基礎特性
，並給出了在PCB設計過程中需要特別注意的重要因素。

射頻電路仿真之射頻的界麵

 

無(wu)線(xian)發(fa)射(she)器(qi)和(he)接(jie)收(shou)器(qi)在(zai)概(gai)念(nian)上(shang)，可(ke)分(fen)為(wei)基(ji)頻(pin)與(yu)射(she)頻(pin)兩(liang)個(ge)部(bu)份(fen)。基(ji)頻(pin)包(bao)含(han)發(fa)射(she)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)之(zhi)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)
，也(ye)包(bao)含(han)接(jie)收(shou)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)之(zhi)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)。基(ji)頻(pin)的(de)頻(pin)寬(kuan)決(jue)定(ding)了(le)數(shu)據(ju)在(zai)係(xi)統(tong)中(zhong)可(ke)流(liu)動(dong)的(de)基(ji)本(ben)速(su)率(lv)。基(ji)頻(pin)是(shi)用(yong)來(lai)改(gai)善(shan)數(shu)據(ju)流(liu)的(de)可(ke)靠(kao)度(du)，並(bing)在(zai)特(te)定(ding)的(de)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)率(lv)之(zhi)下(xia)，減(jian)少(shao)發(fa)射(she)器(qi)施(shi)加(jia)在(zai)傳(chuan)輸(shu)媒(mei)介(jie)（transmission medium）的負荷。因此，PCB設計基頻電路時，需要大量的信號處理工程知識。發射器的射頻電路能將已處理過的基頻信號轉換
、升頻至指定的頻道中
，並將此信號注入至傳輸媒體中。相反的
，接收器的射頻電路能自傳輸媒體中取得信號，並轉換、降頻成基頻。

 

發射器有兩個主要的PCB設計目標：第di一yi是shi它ta們men必bi須xu盡jin可ke能neng在zai消xiao耗hao最zui少shao功gong率lv的de情qing況kuang下xia，發fa射she特te定ding的de功gong率lv。第di二er是shi它ta們men不bu能neng幹gan擾rao相xiang鄰lin頻pin道dao內nei的de收shou發fa機ji之zhi正zheng常chang運yun作zuo。就jiu接jie收shou器qi而er言yan
，有you三san個ge主zhu要yao的dePCB設計目標：首先

，它們必須準確地還原小信號
；第二
，它們必須能去除期望頻道以外的幹擾信號；最後一點與發射器一樣，它們消耗的功率必須很小。

 

射頻電路仿真之大的幹擾信號

 

接收器必須對小的信號很靈敏，即使有大的幹擾信號（阻擋物）存(cun)在(zai)時(shi)。這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)出(chu)現(xian)在(zai)嚐(chang)試(shi)接(jie)收(shou)一(yi)個(ge)微(wei)弱(ruo)或(huo)遠(yuan)距(ju)的(de)發(fa)射(she)信(xin)號(hao)，而(er)其(qi)附(fu)近(jin)有(you)強(qiang)大(da)的(de)發(fa)射(she)器(qi)在(zai)相(xiang)鄰(lin)頻(pin)道(dao)中(zhong)廣(guang)播(bo)。幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)可(ke)能(neng)比(bi)期(qi)待(dai)信(xin)號(hao)大(da)60~70 dB，qiekeyizaijieshouqideshurujieduanyidaliangfugaidefangshi，huoshijieshouqizaishurujieduanchanshengguoduodezaoshengliang，laizuduanzhengchangxinhaodejieshou。ruguojieshouqizaishurujieduan
，beiganraoyuanqushijinrufeixianxingdequyu，shangshudenalianggewentijiuhuifasheng。weibimianzhexiewenti

，jieshouqideqianduanbixushifeichangxianxingde。

 

因此，“線性”也是PCB設計接收器時的一個重要考慮因素。由於接收器是窄頻電路，所以非線性是以測量“交調失真（intermodulation distortion）”來統計的。這牽涉到利用兩個頻率相近，並位於中心頻帶內（in band）的正弦波或餘弦波來驅動輸入信號，然後再測量其交互調變的乘積。大體而言
，SPICE是一種耗時耗成本的仿真軟件
，因為它必須執行許多次的循環運算以後，才能得到所需要的頻率分辨率，以了解失真的情形。

 

射頻電路仿真之小的期望信號

 

接收器必須很靈敏地偵測到小的輸入信號。一般而言，接收器的輸入功率可以小到1 μV。接收器的靈敏度被它的輸入電路所產生的噪聲所限製。因此

，噪聲是PCB設計接收器時的一個重要考慮因素。而且，具備以仿真工具來預測噪聲的能力是不可或缺的。附圖一是一個典型的超外差（superheterodyne）接收器。接收到的信號先經過濾波，再以低噪聲放大器（LNA）將輸入信號放大。然後利用第一個本地振蕩器（LO）與此信號混合，以使此信號轉換成中頻（IF）。前端（front-end）電路的噪聲效能主要取決於LNA、混合器（mixer）和LO。雖然使用傳統的SPICE噪聲分析，可以尋找到LNA的噪聲，但對於混合器和LO而言，它卻是無用的，因為在這些區塊中的噪聲
，會被很大的LO信號嚴重地影響。

 

小的輸入信號要求接收器必須具有極大的放大功能
，通常需要120 dB這麼高的增益。在這麼高的增益下，任何自輸出端耦合（couple）回hui到dao輸shu入ru端duan的de信xin號hao都dou可ke能neng產chan生sheng問wen題ti。使shi用yong超chao外wai差cha接jie收shou器qi架jia構gou的de重zhong要yao原yuan因yin是shi，它ta可ke以yi將jiang增zeng益yi分fen布bu在zai數shu個ge頻pin率lv裏li
，以yi減jian少shao耦ou合he的de機ji率lv。這zhe也ye使shi得de第di一yi個geLO的頻率與輸入信號的頻率不同，可以防止大的幹擾信號“汙染”到小的輸入信號。

 

因為不同的理由，在一些無線通訊係統中，直接轉換（direct conversion）或內差（homodyne）架構可以取代超外差架構。在此架構中，射頻輸入信號是在單一步驟下直接轉換成基頻
，因此，大部份的增益都在基頻中

，而且LO與輸入信號的頻率相同。在這種情況下
，必須了解少量耦合的影響力
，並且必須建立起“雜散信號路徑（stray signal path）”的詳細模型，譬如：穿過基板（substrate）的耦合、封裝腳位與焊線（bondwire）之間的耦合、和穿過電源線的耦合。

 

射頻電路仿真之相鄰頻道的幹擾

 

失真也在發射器中扮演著重要的角色。發射器在輸出電路所產生的非線性，可能使傳送信號的頻寬散布於相鄰的頻道中。這種現象稱為“頻譜的再成長（spectral regrowth）”。在信號到達發射器的功率放大器（PA）之前，其頻寬被限製著；但在PA內的“交調失真”會導致頻寬再次增加。如果頻寬增加的太多，發射器將無法符合其相鄰頻道的功率要求。當傳送數字調變信號時，實際上
，是無法用SPICE來預測頻譜的再成長。因為大約有1000個數字符號（symbol）的傳送作業必須被仿真，以求得代表性的頻譜，並且還需要結合高頻率的載波，這些將使SPICE的瞬態分析變得不切實際。

 

 

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