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基于Protel99 SE软件进行射频电路PCB设计

2017年12月12日 20:15 次阅读

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容的目的。

随着通信技术的发展,手持无线射频电路技术运用越来越广,如:无线寻呼机、手机、无线PDA等,其中的射频电路的性能指标直接影响整个产品的质量。这些掌上产品的一个最大特点就是小型化,而小型化意味着元器件的密度很大,这使得元器件(包括SMD、SMC、裸片等)的相互干扰十分突出。电磁干扰信号如果处理不当,可能造成整个电路系统的无法正常工作,因此,如何防止和抑制电磁干扰,提高电磁兼容性,就成为设计射频电路PCB时的一个非常重要的课题。同一电路,不同的PCB设计结构,其性能指标会相差很大。本讨论采用Protel99 SE软件进行掌上产品的射频电路PCB设计时,如果最大限度地实现电路的性能指标,以达到电磁兼容要求。

1 板材的选择

印刷电路板的基材包括有机类与无机类两大类。基材中最重要的性能是介电常数εr、耗散因子(或称介质损耗)tanδ、热膨胀系数CET和吸湿率。其中εr影响电路阻抗及信号传输速率。对于高频电路,介电常数公差是首要考虑的更关键因素,应选择介电常数公差小的基材。

2 PCB设计流程

由于Protel99 SE软件的使用与Protel 98等软件不同,因此,首先简要讨论采用Protel99 SE软件进行PCB设计的流程。

①由于Protel99 SE采用的是工程(PROJECT)数据库模式管理,在Windows 99下是隐含的,所以应先键立1个数据库文件用于管理所设计的电路原理图与PCB版图。

②原理图的设计。为了可以实现网络连接,在进行原理设计之间,所用到的元器件都必须在元器件库中存在,否则,应在SCHLIB中做出所需的元器件并存入库文件中。

然后,只需从元器件库中调用所需的元器件,并根据所设计的电路图进行连接即可。

③原理图设计完成后,可形成一个网络表以备进行PCB设计时使用。

④PCB的设计。a.PCB外形及尺寸的确定。根据所设计的PCB在产品的位置、空间的大小、形状以及与其它部件的配合来确定PCB的外形与尺寸。在MECHANICAL LAYER层用PLACE TRACK命令画出PCB的外形。b.根据SMT的要求,在PCB上制作定位孔、视眼、参考点等。c.元器件的制作。假如需要使用一些元器件库中不存在的特殊元器件,则在布局之前需先进行元器件的制作。在Protel99 SE中制作元器件的过程比较简单,选择“DESIGN”菜单中的“MAKE LIBRARY”命令后就进入了元器件制作窗口,再选择“TOOL”菜单中的“NEW COMPONENT”命令就可以进行元器件的设计。这时只需根据实际元器件的形状、大小等在TOP LAYER层以PLACE PAD等命令在一定的位置画出相应的焊盘并编辑成所需的焊盘(包括焊盘形状、大小、内径尺寸及角度等,另外还应标出焊盘相应的引脚名),然后以PLACE TRACK命令在TOP OVERLAYER层中画出元器件的最大外形,取一个元器件名存入元器件库中即可。d.元器件制作完成后,进行布局及布线,这两部分在下面具体进行讨论。e.以上过程完成后必须进行检查。这一方面包括电路原理的检查,另一方面还必须检查相互间的匹配及装配问题。电路原理的检查可以人工检查,也可以采用网络自动检查(原理图形成的网络与PCB形成的网络进行比较即可)。f.检查无误后,对文件进行存档、输出。在Protel99 SE中必须使用“FILE”选项中的“EXPORT”命令,把文件存放到指定的路径与文件中(“IMPORT”命令则是把某一文件调入到Protel99 SE中)。注:在Protel99 SE中“FILE”选项中的“SAVE COPY AS…”命令执行后,所选取的文件名在Windows 98中是不可见的,所以在资源管理器中是看不到该文件的。这与Protel 98中的“SAVE AS…”功能不完全一样。

3 元器件的布局

由于SMT一般采用红外炉热流焊来实现元器件的焊接,因而元器件的布局影响到焊点的质量,进而影响到产品的成品率。而对于射频电路PCB设计而言,电磁兼容性要求每个电路模块尽量不产生电磁辐射,并且具有一定的抗电磁干扰能力,因此,元器件的布局还直接影响到电路本身的干扰及抗干扰能力,这也直接关系到所设计电路的性能。因此,在进行射频电路PCB设计时除了要考虑普通PCB设计时的布局外,主要还须考虑如何减小射频电路中各部分之间相互干扰、如何减小电路本身对其它电路的干扰以及电路本身的抗干扰能力。根据经验,对于射频电路效果的好坏不仅取决于射频电路板本身的性能指标,很大部分还取决于与CPU处理板间的相互影响,因此,在进行PCB设计时,合理布局显得尤为重要。

布局总原则:元器件应尽可能同一方向排列,通过选择PCB进入熔锡系统的方向来减少甚至避免焊接不良的现象;根据经验元器件间最少要有0.5mm的间距才能满足元器件的熔锡要求,若PCB板的空间允许,元器件的间距应尽可能宽。对于双面板一般应设计一面为SMD及SMC元件,另一面则为分立元件。

布局中应注意:

*首先确定与其它PCB板或系统的接口元器件在PCB板上的位置,必须注意接口元器件间的配合问题(如元器件的方向等)。

*因为掌上用品的体积都很小,元器件间排列很紧凑,因此对于体积较大的元器件,必须优先考虑,确定出相应位置,并考虑相互间的配合问题。

*认真分析电路结构,对电路进行分块处理(如高频放大电路、混频电路及解调电路等),尽可能将强电信号和弱电信号分开,将数字信号电路和模拟信号电路分开,完成同一功能的电路应尽量安排在一定的范围之内,从而减小信号环路面积;各部分电路的滤波网络必须就近连接,这样不仅可以减小辐射,而且可以减少被干扰的几率,根据电路的抗干扰能力。

*根据单元电路在使用中对电磁兼容性敏感程度不同进行分组。对于电路中易受干扰部分的元器件在布局时还应尽量避开干扰源(比如来自数据处理板上CPU的干扰等)。

4 布线

在基本完成元器件的布局后,就可开始布线了。布线的基本原则为:在组装密度许可情况下后,尽量选用低密度布线设计,并且信号走线尽量粗细一致,有利于阻抗匹配。

对于射频电路,信号线的走向、宽度、线间距的不合理设计,可能造成信号信号传输线之间的交叉干扰;另外,系统电源自身还存在噪声干扰,所以在设计射频电路PCB时一定要综合考虑,合理布线。

布线时,所有走线应远离PCB板的边框(2mm左右),以免PCB板制作时造成断线或有断线的隐患。电源线要尽中能宽,以减少环路电阻,同时,使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致,以提高抗干扰能力;所布信号线应尽可能短,并尽量减少过孔数目;各元器件间的连线越短越好,以减少分布参数和相互间的电磁干扰;对于不相容的信号线应量相互远离,而且尽量避免平行走线,而在正向两面的信号线应用互垂直;布线时在需要拐角的地址方应以135°角为宜,避免拐直角。

布线时与焊盘直接相连的线条不宜太宽,走线应尽量离开不相连的元器件,以免短路;过孔不腚画在元器件上,且应尽量远离不相连的元器件,以免在生产中出现虚焊、连焊、短路等现象。

在射频电路PCB设计中,电源线和地线的正确布线显得尤其重要,合理的设计是克服电磁干扰的最重要的手段。PCB上相当多的干扰源是通过电源和地线产生的,其中地线引起的噪声干扰最大。

地线容易形成电磁干扰的主要原因于地线存在阻抗。当有电流流过地线时,就会在地线上产生电压,从而产生地线环路电流,形成地线的环路干扰。当多个电路共用一段地线时,就会形成公共阻抗耦合,从而产生所谓的地线噪声。因此,在对射频电路PCB的地线进行布线时应该做到:

*首先,对电路进行分块处理,射频电路基本上可分成高频放大、混频、解调、本振等部分,要为各个电路模块提供一个公共电位参考点即各模块电路各自的地线,这样信号就可以在不同的电路模块之间传输。然后,汇总于射频电路PCB接入地线的地方,即汇总于总地线。由于只存在一个参考点,因此没有公共阻抗耦合存在,从而也就没有相互干扰问题。

*数字区与模拟区尽可能地线进行隔离,并且数字地与模拟地要分离,最后接于电源地。

*在各部分电路内部的地线也要注意单点接地原则,尽量减小信号环路面积,并与相应的滤波电路的地址就近相接。

*在空间允许的情况下,各模块之间最好能以地线进行隔离,防止相互之间的信号耦合效应。

5 结论

射频电路PCB设计的关键在于如何减少辐射能力以及如何提高抗干扰能力,合理的布局与布线是设计射频电路PCB的保证。文中所述方法有利于提高射频电路PCB设计的可靠性,解决好电磁干扰问题,进而达到电磁兼容的目的。

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铺铜是什么?PCB中铺铜作用分析

PCB丝印的重要性_PCB丝印网板制作工艺详解

本文首先介绍了PCB丝印的范围及重要性,其次介绍了PCB丝印的规范,最后阐述了PCB丝印网板制作工艺...

发表于 2018-05-04 16:47 130次阅读
PCB丝印的重要性_PCB丝印网板制作工艺详解

pcb丝印的规范及要求_pcb丝印怎么加

PCB板丝印层即文字层,它的作用是为了方便电路的安装和维修等,在PCB板的上下两表面印刷上所需要的标...

发表于 2018-05-04 16:06 253次阅读
pcb丝印的规范及要求_pcb丝印怎么加

一文汇总PCB电路设计的六大原则

设计PCB时,往往很想使用自动布线。通常,纯数字的电路板(尤其信号电平比较低,电路密度比较小时)采用...

发表于 2018-05-04 15:50 155次阅读
一文汇总PCB电路设计的六大原则

pcb开窗怎么设计_PCB设计怎样设置走线开窗

本文主要介绍的是pcb开窗,首先介绍了PCB设计中的开窗和亮铜,其次介绍了如何实现PCB走线开窗上锡...

发表于 2018-05-04 15:37 248次阅读
pcb开窗怎么设计_PCB设计怎样设置走线开窗

如何设计这些不规则形状的PCB

如果您返还租来的汽车,那么可能可以看到服务员用手持扫描仪读取汽车信息,然后与办公室进行无线通信。该设...

发表于 2018-05-04 15:19 360次阅读
如何设计这些不规则形状的PCB

新人求助!!!!为什么在PCB上无法布线,布线就会显示绿色,如下图

发表于 2018-05-03 22:23 587次阅读
新人求助!!!!为什么在PCB上无法布线,布线就会显示绿色,如下图

PCB高频板材有哪些?pcb高频板材分类

本文首先介绍了PCB高频板的定义,其次介绍了PCB高频板材的分类,最后介绍了高频高速板材材料以及选择...

发表于 2018-05-03 16:31 452次阅读
PCB高频板材有哪些?pcb高频板材分类

一文读懂双面电路板焊接方法

本文开始介绍了电路板焊接技巧与焊接注意事项,其次介绍了双面电路板特性,最后详细介绍了双面电路板焊接方...

发表于 2018-05-03 15:16 481次阅读
一文读懂双面电路板焊接方法

pcb化学镍金常见问题及缺陷分析

化学镍金工艺具有高度的平整性、均匀性、可焊性或耐腐蚀性等,正日益受到广大客户的青睐,本文就实际生产中...

发表于 2018-05-03 15:13 300次阅读
pcb化学镍金常见问题及缺陷分析

简单DIY印制电路板设计制作过程

本文开始介绍了设计印制电路板的大体步骤,其次介绍了印制电路板设计遵循的原则与印制电路板的装配,最后介...

发表于 2018-05-03 14:55 313次阅读
简单DIY印制电路板设计制作过程

pcb化学镍金工艺流程介绍

化学镍金又叫沉镍金,业界常称为无电镍金(Electroless Nickel Immersion G...

发表于 2018-05-03 14:50 98次阅读
pcb化学镍金工艺流程介绍

印制电路板设计心得体会_设计印制电路板的五个技巧

本文开会对印制电路板设计进行了概述,其次介绍了成功设计印制电路板的五个技巧,最后介绍了印制电路板设计...

发表于 2018-05-03 14:34 491次阅读
印制电路板设计心得体会_设计印制电路板的五个技巧

设计PCB布局图核安装晶体谐振器的要点

振荡电路图案长度振荡电路中信号图案长度应尽可能短,尽可能减少杂散电容/电感。不应在振荡电路中使用插孔...

发表于 2018-05-03 11:48 355次阅读
设计PCB布局图核安装晶体谐振器的要点

你知道pcb印制板还能还原电路图吗?(还原技巧及...

本文开始介绍了PCB印制板分类与特点,其次详细介绍了PCB印制板快速绘制电路图技巧,最后介绍了pcb...

发表于 2018-05-03 10:17 154次阅读
你知道pcb印制板还能还原电路图吗?(还原技巧及...

为什么叫印制电路板?印制电路板来由介绍

本文首先阐述了为什么叫印制电路板以及印制电路板来源与发展,其次介绍了印制电路板的优点和制作工艺,最后...

发表于 2018-05-03 09:59 99次阅读
为什么叫印制电路板?印制电路板来由介绍

佳世达推智慧工厂 提升品质与效能生产成本下降

【捷多邦PCB】佳世达分阶段导入智慧工厂,董事长陈其宏昨(25)日表示,透过高度自动化,可以加快订单...

发表于 2018-05-03 09:40 391次阅读
佳世达推智慧工厂 提升品质与效能生产成本下降

印制电路板的质量要求_印制电路板的原理

本文首先阐述了印制线路板的制造原理,其次介绍了印制电路板的质量控制和印制电路板质量认证的基本要求,最...

发表于 2018-05-03 09:33 257次阅读
印制电路板的质量要求_印制电路板的原理

减少PCB设计上电磁干扰(EMI)的最佳方法之一

如前所述,有源滤波和CMRR可以可靠地降低器件频带限制范围内的电路噪声,包括高至MHz范围的DM和C...

发表于 2018-05-03 08:52 799次阅读
减少PCB设计上电磁干扰(EMI)的最佳方法之一

印制电路板基础知识点汇总_印制电路板制作过程

本文开始介绍了印刷电路板概念与分类,其次介绍了印制电路板特性与作用,最后详细介绍了印刷电路板的设计以...

发表于 2018-05-03 08:41 216次阅读
印制电路板基础知识点汇总_印制电路板制作过程

IC周围少不了晶振的原因

IC简称集成电路,是将大量的微型元器件(如晶体管、电阻、电容等)形成的集成电路,并内置芯片里面。我们...

发表于 2018-05-02 17:09 153次阅读
IC周围少不了晶振的原因

一文解读铝基板pcb制作规范及设计规则

本文开始介绍了铝基板的技术要求与铝基板线路制作,其次介绍了铝基板pcb制作规范,最后详细介绍了PCB...

发表于 2018-05-02 14:45 212次阅读
一文解读铝基板pcb制作规范及设计规则

Harwin推全新Archer Kontrol系...

Harwin全新的Archer Kontrol系列板对板连接器能够为设计工程师提供强大而灵活的互连解...

发表于 2018-05-02 11:13 61次阅读
Harwin推全新Archer Kontrol系...

埋嵌元件PCB的元件互联技术概述及对埋嵌元件PC...

从室温初始状态到260 ℃一边升温一边进行数点的测量,确认了室温初始状态时翘曲小的倾向,即L1侧表现...

发表于 2018-05-02 10:29 385次阅读
埋嵌元件PCB的元件互联技术概述及对埋嵌元件PC...

工程师设计经验分享:画FPGA开发板所犯的那些错...

这里先截下我最初画这个开发板的一张惨不忍睹的PCB让大家看看。TopLayer如图: BottomL...

发表于 2018-05-01 20:48 543次阅读
工程师设计经验分享:画FPGA开发板所犯的那些错...

你知道PCB的接地对机箱泄露有什么影响吗?

你在设计产品时,PCB上的信号地与金属机箱连接吗,你根据什么决定他们怎样连接?PCB板上的信号地与屏...

发表于 2018-04-30 22:24 652次阅读
你知道PCB的接地对机箱泄露有什么影响吗?

埋嵌元件PCB的元件互联技术和评价解析

埋嵌元件基板由于元器件的三维配置而使PCB或者模组小型化,缩短元件之间的连接路径,降低传输损失,它是...

发表于 2018-04-30 17:44 854次阅读
埋嵌元件PCB的元件互联技术和评价解析

惊呼!新能源汽车将给国内汽车板市场带来30亿元的...

传统汽车现阶段电子化程度不高,对PCB的需求量较小,PCB价值量也比较低。

发表于 2018-04-30 15:58 1099次阅读
惊呼!新能源汽车将给国内汽车板市场带来30亿元的...

射频电路的设计中需要注意的一些小技巧

布线过程中需要注意的就是控制阻抗,比如走线时应该尽量控制走线的特征是50Ω,而电阻跟线宽有关系,在进...

发表于 2018-04-28 11:34 350次阅读
射频电路的设计中需要注意的一些小技巧

几招pcb底板变形的修正方法

PCB抄板改变孔位法在掌握数字化编程仪的操作技术情况下,先对底片和钻孔试验板进行对照,测量并分别记下...

发表于 2018-04-28 11:21 519次阅读
几招pcb底板变形的修正方法

影响PCB板价格的各种因素及报价

PCB的价格是很多采购者一直很困惑的事情,很多人在线下单时也会疑问这些价格是怎么算出来的,下面我们就...

发表于 2018-04-28 10:48 619次阅读
影响PCB板价格的各种因素及报价

如何分析电路是属于数字部分呢还是模拟部分?

那么可能有些同学会问,假设我现在有一个电源地,一个数字地,一个模拟地,是谁跟谁连?谁又跟谁通过电容连...

发表于 2018-04-28 09:47 682次阅读
如何分析电路是属于数字部分呢还是模拟部分?

PCB的产业已经趋向于饱和,下个增长点会是什么?

就目前来看,pcb的产业已经趋向于饱和,经过几十年的发展,PCB 行业已成为全球性行业,但近几年总产...

发表于 2018-04-27 15:04 497次阅读
PCB的产业已经趋向于饱和,下个增长点会是什么?

研发流程中的EMC设计,EMC基础知识、测试、设...

工作电压宽的EMC特性好,工作电压低的EMC特性好,在设计允许的范围内延时大(通常所说的速度慢)特...

发表于 2018-04-27 09:18 746次阅读
研发流程中的EMC设计,EMC基础知识、测试、设...