电子发烧友网 > EDA/IC设计 > EDA技术 > 布线技巧与EMC > 正文

射频电路板设计技巧

2006年04月16日 20:35 次阅读

 

成功的RF设计必须仔细注意整个设计过程中每个步骤及每个细节,这意味着必须在设计开始阶段就要进行彻底的、仔细的规划,并对每个设计步骤的进展进行全面持续的评估。而这种细致的设计技巧正是国内大多数电子企业文化所欠缺的。

近几年来,由于蓝牙设备、无线局域网络(WLAN)设备,和移动电话的需求与成长,促使业者越来越关注RF电路设计的技巧。从过去到现在,RF电路板设计如同电磁干扰(EMI)问题一样,一直是工程师们最难掌控的部份,甚至是梦魇。若想要一次就设计成功,必须事先仔细规划和注重细节才能奏效。

射频(RF)电路板设计由于在理论上还有很多不确定性,因此常被形容为一种「黑色艺术」(black art) 。但这只是一种以偏盖全的观点,RF电路板设计还是有许多可以遵循的法则。不过,在实际设计时,真正实用的技巧是当这些法则因各种限制而无法实施时,如何对它们进行折衷处理。重要的RF设计课题包括:阻抗和阻抗匹配、绝缘层材料和层叠板、波长和谐波...等,本文将集中探讨与RF电路板分区设计有关的各种问题。

微过孔的种类
电路板上不同性质的电路必须分隔,但是又要在不产生电磁干扰的最佳情况下连接,这就需要用到微过孔(microvia)。通常微过孔直径为0.05mm至0.20mm,这些过孔一般分为三类,即盲孔(blind via)、埋孔(bury via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面,具有一定深度,用于表层线路和下面的内层线路的连接,孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔,它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层,层压前利用通孔成型制程完成,在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。第三种称为通孔,这种孔穿过整个线路板,可用于实现内部互连或作为组件的黏着定位孔。

采用分区技巧
在设计RF电路板时,应尽可能把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔离开来,简单的说,就是让高功率RF发射电路远离低噪音接收电路。如果PCB板上有很多空间,那么可以很容易地做到这一点。但通常零组件很多时,PCB空间就会变的很小,因此这是很难达到的。可以把它们放在PCB板的两面,或者让它们交替工作,而不是同时工作。高功率电路有时还可包括RF缓冲器(buffer)和压控振荡器(VCO)。

设计分区可以分成实体分区(physical parTITIoning)和电气分区(Electrical parTITIoning)。实体分区主要涉及零组件布局、方位和屏蔽等问题;电气分区可以继续分成电源分配、RF走线、敏感电路和信号、接地等分区。

实体分区
零组件布局是实现一个优异RF设计的关键,最有效的技术是首先固定位于RF路径上的零组件,并调整其方位,使RF路径的长度减到最小。并使RF输入远离RF输出,并尽可能远离高功率电路和低噪音电路。

最有效的电路板堆栈方法是将主接地安排在表层下的第二层,并尽可能将RF线走在表层上。将RF路径上的过孔尺寸减到最小不仅可以减少路径电感,而且还可以减少主接地上的虚焊点,并可减少RF能量泄漏到层叠板内其它区域的机会。

在实体空间上,像多级放大器这样的线性电路通常足以将多个RF区之间相互隔离开来,但是双工器、混频器和中频放大器总是有多个RF/IF信号相互干扰,因此必须小心地将这一影响减到最小。RF与IF走线应尽可能走十字交叉,并尽可能在它们之间隔一块接地面积。正确的RF路径对整块PCB板的性能而言非常重要,这也就是为什么零组件布局通常在移动电话PCB板设计中占大部份时间的原因。

在移动电话PCB板上,通常可以将低噪音放大器电路放在PCB板的某一面,而高功率放大器放在另一面,并最终藉由双工器在同一面上将它们连接到RF天线的一端和基频处理器的另一端。这需要一些技巧来确保RF能量不会藉由过孔,从板的一面传递到另一面,常用的技术是在两面都使用盲孔。可以藉由将盲孔安排在PCB板两面都不受RF干扰的区域,来将过孔的不利影响减到最小。

金属屏蔽罩

有时,不太可能在多个电路区块之间保留足够的区隔,在这种情况下就必须考虑采用金属屏蔽罩将射频能量屏蔽在RF区域内,但金属屏蔽罩也有副作用,例如:制造成本和装配成本都很高。
外形不规则的金属屏蔽罩在制造时很难保证高精密度,长方形或正方形金属屏蔽罩又使零组件布局受到一些限制;金属屏蔽罩不利于零组件更换和故障移位;由于金属屏蔽罩必须焊在接地面上,而且必须与零组件保持一个适当的距离,因此需要占用宝贵的PCB板空间。

尽可能保证金属屏蔽罩的完整非常重要,所以进入金属屏蔽罩的数字信号线应该尽可能走内层,而且最好将信号线路层的下一层设为接地层。RF信号线可以从金属屏蔽罩底部的小缺口和接地缺口处的布线层走线出去,不过缺口处周围要尽可能被广大的接地面积包围,不同信号层上的接地可藉由多个过孔连在一起。
 



尽管有以上的缺点,但是金属屏蔽罩仍然非常有效,而且常常是隔离关键电路的唯一解决方案。

电源去耦电路

此外,恰当而有效的芯片电源去耦(decouple)电路也非常重要。许多整合了线性线路的RF芯片对电源的噪音非常敏感,通常每个芯片都需要采用高达四个电容和一个隔离电感来滤除全部的电源噪音。(图一)

最小电容值通常取决于电容本身的谐振频率和接脚电感,C4的值就是据此选择的。C3和C2的值由于其自身接脚电感的关系而相对比较大,从而RF去耦效果要差一些,不过它们较适合于滤除较低频率的噪音信号。RF去耦则是由电感L1完成的,它使RF信号无法从电源线耦合到芯片中。因为所有的走线都是一条潜在的既可接收也可发射RF信号的天线,所以,将射频信号与关键线路、零组件隔离是必须的。

这些去耦组件的实体位置通常也很关键。这几个重要组件的布局原则是:C4要尽可能靠近IC接脚并接地,C3必须最靠近C4,C2必须最靠近C3,而且IC接脚与C4的连接走线要尽可能短,这几个组件的接地端(尤其是C4)通常应当藉由板面下第一个接地层与芯片的接地脚相连。将组件与接地层相连的过孔应该尽可能靠近PCB板上的组件焊盘,最好是使用打在焊盘上的盲孔将连接线电感减到最小,电感L1应该靠近C1。

一个集成电路或放大器常常具有一个集电极开路输出(open collector),因此需要一个上拉电感(pullup inductor)来提供一个高阻抗RF负载和一个低阻抗直流电源,同样的原则也适用于对这一电感的电源端进行去耦。有些芯片需要多个电源才能工作,因此可能需要两到三套电容和电感来分别对它们进行去耦处理,如果该芯片周围没有足够的空间,那么去耦效果可能不佳。

尤其需要特别注意的是:电感极少平行靠在一起,因为这将形成一个空芯变压器,并相互感应产生干扰信号,因此它们之间的距离至少要相当于其中之一的高度,或者成直角排列以使其互感减到最小。

电气分区
电气分区原则上与实体分区相同,但还包含一些其它因素。现代移动电话的某些部份采用不同工作电压,并借助软件对其进行控制,以延长电池工作寿命。这意味着移动电话需要具备多种电源,而这产生更多的隔离问题。电源通常由连接线(connector)引入,并立即进行去耦处理以滤除任何来自电路板外部的噪音,然后经过一组开关或线性稳压器之后,进行电源分配。

在移动电话里,大多数电路的直流电流都相当小,因此走线宽度通常不是问题,不过,必须为高功率放大器的电源单独设计出一条尽可能宽的大电流线路,以使发射时的瞬态压降(voltage drop)能减到最低。为了避免太多电流损耗,需要利用多个过孔将电流从某一层传递到另一层。此外,如果不能在高功率放大器的电源接脚端对它进行充分的去耦,那么高功率噪音将会辐射到整块电路板上,并带来各种各样的问题。高功率放大器的接地相当重要,并经常需要为其设计一个金属屏蔽罩。

参与讨论请去:
http://bbs.elecfans.com/index_65.html

技术专区

关注电子发烧友微信

有趣有料的资讯及技术干货

下载发烧友APP

打造属于您的人脉电子圈

关注发烧友课堂

锁定最新课程活动及技术直播
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

如何区分高频、射频电路

数字电路处理数字信号,数字信号只有高低两种信号(比如,CMOS工艺的数字电路工作范围0-3.3伏,0...

发表于 2018-04-02 17:49 112次阅读
如何区分高频、射频电路

lange桥的简单设计方法

若把几个匹配的定向耦合器级联起来,则他们级联后的作用就如同一个定向耦合器一样,级联后的响应符合角度叠...

发表于 2018-03-27 09:55 240次阅读
lange桥的简单设计方法

关于高速ADC模数转换器精度问题

模数转换器(亦称为ADC)广泛用于各种应用中,尤其是需要处理模拟传感器信号的测量系统。

发表于 2018-03-16 11:26 403次阅读
关于高速ADC模数转换器精度问题

高频电路和射频电路有什么区别

高频电路说白了就是无线电电路,但是不涉及微波电路(微波用于处理一千兆赫兹以上电路,要从物理学的电磁场...

发表于 2018-03-09 14:58 591次阅读
高频电路和射频电路有什么区别

射频电路板设计知识整理

从过去到现在,RF电路板设计如同电磁干扰(EMI)问题一样,一直是工程师们最难掌控的部份,甚至是梦魇...

发表于 2018-03-01 17:09 614次阅读
射频电路板设计知识整理

不管是高速电路还是射频电路,当微带线跨分割时信号...

现在的高速设计中我们不能只去单独的分析信号完整性,电源完整性或者是EMC, 而是要整体分析,才能保证...

发表于 2018-02-27 11:39 551次阅读
不管是高速电路还是射频电路,当微带线跨分割时信号...

基于射频电路中各典型功能模块的详细分析

随着电路集成技术日新月异的发展,射频电路也趋向于集成化、模块化,这对于小型化移动终端的开发、应用是特...

发表于 2018-02-23 08:40 1108次阅读
基于射频电路中各典型功能模块的详细分析

什么是射频电路_射频电路基础知识

射频简称RF射频就是射频电流,它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低...

发表于 2018-01-29 14:50 998次阅读
什么是射频电路_射频电路基础知识

对于设计射频电路电源的12个要点与经验分享

你注意到电源对你的射频系统的影响吗?对于高性能的无线通信系统,电源对射频的影响可能是“隐性”的,但却...

发表于 2017-12-22 09:59 852次阅读
对于设计射频电路电源的12个要点与经验分享

射频电路设计的注意事项、屏蔽方法以及走线与地

成功的RF设计必须仔细注意整个设计过程中每个步骤及每个细节,这意味着必须在设计开始阶段就要进行彻底的...

发表于 2017-12-18 14:21 2296次阅读
射频电路设计的注意事项、屏蔽方法以及走线与地

关于射频电路的pcb如何进行注入设计?这个工程师...

将高频能量从同轴连接器传 递到印刷电路板(PCB)的过程通常被称为信号注入,它的特征难以描述。能量传...

发表于 2017-12-14 09:26 1924次阅读
关于射频电路的pcb如何进行注入设计?这个工程师...

基于Protel99 SE软件进行射频电路PCB...

为保证电路性能,在进行射频电路PCB设计时应考虑电磁兼容性,因而重点讨论元器件的布线原则来达到电磁兼...

发表于 2017-12-12 20:15 82次阅读
基于Protel99 SE软件进行射频电路PCB...

LTCC技术概览及其应用优势研究分析

世界电子产品已进入一个速度更快、密度更高、体积更薄、成本更低且要求更有效散热的封装时代。随着无线电通...

发表于 2017-12-11 18:47 171次阅读
LTCC技术概览及其应用优势研究分析

射频电路设计的常见问题及经验总结

射频简称RF,射频就是射频电流,它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为...

发表于 2017-11-30 09:05 897次阅读
射频电路设计的常见问题及经验总结

手机射频电路的结构以及详细分析工作原理解析

目前手机的射频电路是以RFIC 为中心结合外围辅助控制电路构成的,本文档详细介绍了射频电路中各典型功...

发表于 2017-11-26 10:05 804次阅读
手机射频电路的结构以及详细分析工作原理解析

j基于RF电路的LDO电源系统设计(抑制比和噪声...

便携产品电源设计需要系统级思维,在开发由电池供电的设备时,诸如手机、MP3、PDA、PMP、DSC等...

发表于 2017-11-25 09:56 364次阅读
j基于RF电路的LDO电源系统设计(抑制比和噪声...

射频放大器建模及研究

随着通信技术的发展,射频电路在通信系统中得到了广泛的应用。功率放大器的研究和设计一直是通信发展中的重...

发表于 2017-11-23 16:43 212次阅读
射频放大器建模及研究

射频电路阻抗匹配原理

射频简称RF射频就是射频电流,它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低...

发表于 2017-11-13 09:00 1428次阅读
射频电路阻抗匹配原理

SYN480R怎么连接STC单片机求解

发表于 2017-09-12 16:13 754次阅读
SYN480R怎么连接STC单片机求解

【下载】《国外电子与通信教材系列·射频电路设计:理论与应用》

发表于 2017-09-08 15:34 1735次阅读
【下载】《国外电子与通信教材系列·射频电路设计:理论与应用》

如何在PCB板上规划设计好射频和数字电路?

单片射频器件大大方便了一定范围内无线通信领域的应用,采用合适的微控制器和天线并结合此收发器件即可构成...

发表于 2017-09-06 09:43 3598次阅读
如何在PCB板上规划设计好射频和数字电路?

射频电路的电源设计要点

电源线是EMI 出入电路的重要途径。通过电源线,外界的干扰可以传入内部电路,影响RF电路指标。为了减...

发表于 2017-08-09 09:29 719次阅读
射频电路的电源设计要点

求助NRF24L01的PCB天线设计

发表于 2017-07-10 15:17 974次阅读
求助NRF24L01的PCB天线设计

【下载】《射频电路设计实战宝典》—美国无线电领域著名专家力作,射频工程师必备床头书!

发表于 2017-06-28 17:20 7546次阅读
【下载】《射频电路设计实战宝典》—美国无线电领域著名专家力作,射频工程师必备床头书!

帮忙分析一个电路

发表于 2016-12-06 16:13 890次阅读
帮忙分析一个电路

射频应用设计时的五大“黑色艺术”,你造吗?

射频电路板设计由于在理论上还有很多不确定性,因此常被形容为一种“黑色艺术”,但这个观点只有部分正确,...

发表于 2016-11-05 02:55 370次阅读
射频应用设计时的五大“黑色艺术”,你造吗?

相近又有所区别,解析射频和数字电路设计的差异

就高速数字电路而言,虽然电压还是重点关注对象,但是其设计方法和射频电路的设计方法相近,也需要考虑阻抗...

发表于 2016-11-05 02:02 783次阅读
相近又有所区别,解析射频和数字电路设计的差异

全面详解射频技术原理电路及设计电路

无线发射器和接收器在概念上,可分为基频与射频两个部份。基频包含发射器的输入信号之频率范围,也包含接收...

发表于 2016-10-21 21:57 1436次阅读
全面详解射频技术原理电路及设计电路

韩资企业诚聘射频电路设计工程师1名

发表于 2016-07-11 13:46 735次阅读
韩资企业诚聘射频电路设计工程师1名

射频电路RC522的读卡距离太短,应该如何调整电感电容的值?请各位指导

发表于 2016-07-05 10:51 4491次阅读
射频电路RC522的读卡距离太短,应该如何调整电感电容的值?请各位指导

射频和数字电路设计的区别

 对于高速数字电路而言,虽然还是关注电压,但是其设计方法和射频电路的设计方法相近,也需要考虑阻抗阻抗...

发表于 2016-05-26 15:42 803次阅读
射频和数字电路设计的区别

一种照明控制开关发射与接收系统的电路设计方案

  本设计是一种能实现远距离照明控制的无线遥控开关系统,由发射系统和接收系统两部分组成。系统使用无线...

发表于 2016-05-26 11:48 5116次阅读
一种照明控制开关发射与接收系统的电路设计方案

大唐电信:亮剑“集成电路+” 主攻供给侧改革

  近日,国家体育总局体育信息中心与大唐电信共同宣布,将共同举办全国移动电子竞技大赛,大赛将于4月至...

发表于 2016-05-10 09:37 532次阅读
大唐电信:亮剑“集成电路+” 主攻供给侧改革

Keysight Genesys2015软件,实...

是德科技公司(NYSE:KEYS)日前宣布其业界领先的低成本射频仿真和综合软件 Genesys 20...

发表于 2016-03-02 14:11 778次阅读
Keysight Genesys2015软件,实...

4大方面教你如何设计射频电路

无线发射器和接收器在概念上,可分为基频与射频两个部份。基频包含发射器的输入信号之频率范围,也包含接收...

发表于 2015-07-24 10:26 4328次阅读
4大方面教你如何设计射频电路

科学掌握无线产品射频电路设计

20世纪80年代开始,射频微波电路技术的应用方向逐渐由传统波导同轴器件转移到微波平面PCB电路方面,...

发表于 2015-05-18 15:48 660次阅读
科学掌握无线产品射频电路设计

求问,射频雷达测距如何直接得到所测距离?

发表于 2015-03-09 07:52 1724次阅读
求问,射频雷达测距如何直接得到所测距离?

PCB设计技巧Tips26:射频接口和射频电路的特性

发表于 2014-11-19 15:41 1343次阅读
PCB设计技巧Tips26:射频接口和射频电路的特性

PCB电路设计中射频接口和射频电路的特性

射频电路有许多的特殊特性,无法使用传统模拟仿真软件来进行分析。市面上有一些EDA软件具有谐波平衡、投...

发表于 2013-08-15 10:24 712次阅读
PCB电路设计中射频接口和射频电路的特性

PCB射频电路四大基础特性

本文从射频界面、小的期望信号、大的干扰信号、相邻频道的干扰四个方面解读射频电路的四大基础特性,并给出...

发表于 2013-07-15 11:40 495次阅读
PCB射频电路四大基础特性

微波射频电路及系统设计研讨会 助力西部核心产业发...

“2013成都高频电路及系统技术研讨会”(6月21日 成都世纪城新国际会展中心)如火如荼进行中,此次...

发表于 2013-05-16 15:39 699次阅读
微波射频电路及系统设计研讨会 助力西部核心产业发...

LTCC在大功率射频电路中的可能性应用

本文评述了利用LTCC技术在满足微电子工业发展,特别是大功率RF电路要求上应用的可行性。

发表于 2012-03-13 18:47 932次阅读
LTCC在大功率射频电路中的可能性应用

射频电路设计和数字电路设计笔试题目

发表于 2011-12-19 16:12 2164次阅读
射频电路设计和数字电路设计笔试题目

S参数在射频电路中的问题理解

S参数在射频电路中应用广泛,在射频电路中的地位,应该与低频中的电压电流定律一样重要。整个S参数的得出...

发表于 2011-08-24 11:43 2128次阅读
S参数在射频电路中的问题理解

汽车用液晶面板的设计技巧

本文介绍车用液晶显示器的开发技巧与今后的发展动向。汽车正进行一场史无前例的电子化革新运动,可以实时提...

发表于 2011-03-25 11:32 1226次阅读
汽车用液晶面板的设计技巧

RF增距芯片A7700助力射频电路设计

短距离无线发送器和收发器在自动仪表读数、建筑物控制/安全/自动化、无线传感器网络、保健监控与家庭娱乐...

发表于 2011-01-24 08:52 807次阅读
RF增距芯片A7700助力射频电路设计

ADI公司推出面向工业、科学、医疗应用中短距离无...

ADI公司推出面向工业、科学、医疗应用中短距离无线系统的高性能射频电路   --...

发表于 2010-03-12 15:08 234次阅读
ADI公司推出面向工业、科学、医疗应用中短距离无...

ADI 推出用于4G 蜂窝基站的突破性射频电路

ADI 推出用于4G 蜂窝基站的突破性射频电路   -- 新型高集成度...

发表于 2009-10-15 11:07 177次阅读
ADI 推出用于4G 蜂窝基站的突破性射频电路

调谐米勒振荡器射频电路(Tuned Miller...

调谐米勒振荡器射频电路(Tuned Miller oscillator RF circuit)

发表于 2008-11-24 12:30 422次阅读
调谐米勒振荡器射频电路(Tuned Miller...

改进型巴特勒振荡器射频电路图(Improved ...

改进型巴特勒振荡器射频电路图(Improved Butler oscillator RF circu...

发表于 2008-11-22 00:37 284次阅读
改进型巴特勒振荡器射频电路图(Improved ...

唱片皮尔斯振荡器射频电路(LP Pierce o...

唱片皮尔斯振荡器射频电路(LP Pierce oscillator RF circuit)

发表于 2008-11-22 00:33 311次阅读
唱片皮尔斯振荡器射频电路(LP Pierce o...

巴特勒泛音晶体振荡器射频电路图(Butler o...

巴特勒泛音晶体振荡器射频电路图(Butler overtone crystal oscillator...

发表于 2008-11-21 18:42 291次阅读
巴特勒泛音晶体振荡器射频电路图(Butler o...

双通道场效应管混频器射频电路 (Dual MOS...

双通道场效应管混频器射频电路 (Dual MOSFET mixer RF circuit)

发表于 2008-11-21 18:37 316次阅读
双通道场效应管混频器射频电路 (Dual MOS...

射频电路PCB设计

介绍采用Protel99 SE进行射频电路PCB设计的流程。为保...

发表于 2006-04-16 22:17 184次阅读
射频电路PCB设计

地线设计技巧

对于模拟电路,地线的设计是很关键的一环。许多电路如数字表头、AD...

发表于 2006-04-16 22:11 320次阅读
地线设计技巧