如何在PCB板上同时安置RF电路和数字电路

如果模拟电路(射频) 和数字电路(微控制器) 单独工作可能各自工作良好，但是一旦将两者放在同一块电路板上，使用同一个电源供电一起工作，整个系统很可能就会不稳定。这主要是因为数字信号频繁的在地和正电源(大小3 V) 之间摆动，而且周期特别短，常常是ns 级的。由于较大的振幅和较小的切换时间，使得这些数字信号包含大量的且独立于切换频率的高频成分。而在模拟部分，从天线调谐回路传到无线设备接收部分的信号一般小于1μV。

不能充分的隔离敏感线路和噪声信号线是常常出现的问题。如上所述，数字信号具有高的摆幅并包含大量高频谐波。如果PCB 板上的数字信号布线邻近敏感的模拟信号，高频谐波可能会耦合过去。RF 器件的敏感节点通常为锁相环( PLL) 的环路滤波电路，外接的压控振荡器(VCO) 电感，晶振基准信号和天线端子，电路的这些部分应该特别仔细处理。

由于输入/ 输出信号有几V 的摆幅，数字电路对于电源噪声(小于50 mV) 一般可以接受。而模拟电路对于电源噪声却相当敏感，尤其是对毛刺电压和其他高频谐波。因此，在包含RF(或其他模拟) 电路的PCB 板上的电源线布线必须比在普通数字电路板上布线更加仔细，应避免采用自动布线。同时也应注意到，微控制器(或其他数字电路) 会在每个内部时钟周期内短时间突然吸入大部分电流，这是由于现代微控制器都采用CMOS 工艺设计。

RF 电路板应该总是布有与电源负极相连的地线层，如果处理不当，可能产生一些奇怪的现象。对于一个数字电路设计者来说这也许难于理解，因为即使没有地线层，大多数数字电路功能也表现良好。而在RF 频段，即使一根很短的线也会如电感一样作用。粗略计算，每mm 长度的电感量约为1 nH ， 434 MHz 时10 mmPCB 线路的感抗约为27 Ω。如果不采用地线层，大多数地线将会较长，电路将无法保证设计特性。

在包含射频和其他部分的电路中，这一点经常被忽略。除了RF 部分，板上通常还有其他模拟电路。例如，许多微控制器内置模数转换器(ADC) 用于测量模拟输入以及电池电压或其他参数。如果射频发送器的天线位于此PCB 附近(或就在此PCB 上)，发出的高频信号可能会到达ADC 的模拟输入端。不要忘记任何电路线路都可能如天线一样发出或接收RF 信号。如果ADC 输入端处理不合理，RF 信号可能在ADC输入的ESD二极管内自激，从而引起ADC 的偏差。

所有对地线层的连接必须尽量短，接地过孔应放置在(或非常接近) 元件的焊盘处。决不要让两个地信号共用一个接地过孔，这可能导致由于过孔连接阻抗在两个焊盘之间产生串扰。去耦电容应该放置在尽可能靠近引脚的位置，每个需要去耦的引脚处都应采用电容去耦。采用高品质的陶瓷电容，介电类型是“ NPO” ， “ X7R” 在大多数应用中也能较好工作。理想的选择电容值应使其串联谐振等于信号频率。

例如434 MHz 时，SMD 贴装的100 p F 电容将良好工作，此频率时，电容的容抗约为4 Ω，过孔的感抗也在同样范围。串联的电容和过孔对于信号频率形成一个陷波滤波器，使之能有效的去耦。868 MHz 时，33 p F 电容是一个理想的选择。除了RF 去耦的小值电容，一个大值电容也应放置在电源线路上去耦低频，可选择一个2. 2 μF陶瓷或10μF 的钽电容。

星形布线是模拟电路设计中众所周知的技巧 。星形布线———电路板上各模块具有各自的来自公共供电电源点的电源线路。在这种情况下，星形布线意味着电路的数字部分和RF 部分应有各自的电源线路，这些电源线应在靠近IC 处分别去耦。这是一个隔开来自数字

部分和来自RF 部分电源噪声的有效方法。如果将有严重噪声的模块置于同一电路板上，可以将电感(磁珠) 或小阻值电阻(10 Ω) 串联在电源线和模块之间，并且必须采用至少10 μF 的钽电容作这些模块的电源去耦。这样的模块如RS 232 驱动器或开关电源稳压器。

为减小来自噪声模块及周边模拟部分的干扰，各电路模块在板上的布局是重要的。应总是将敏感的模块( RF部分和天线) 远离噪声模块(微控制器和RS 232 驱动器)以避免干扰。如上所述，RF 信号在发送时会对其他敏感模拟电路模块如ADC 造成干扰。大多数问题发生在较低的工作频段(如27 MHz) 以及高的功率输出水平。用RF 去耦电容(100p F) 连接到地来去耦敏感点是一个好的设计习惯。

如果用电缆将RF 电路板连接到外部数字电路，应使用双绞线缆。每一根信号线必须和GND 线双绞在一起(DIN/ GND ， DOUT/ GND ， CS/ GND ， PWR _ UP/ GND) 。切记将RF 电路板和数字应用电路板用双绞线缆的GND线连接起来，线缆长度应尽量短。给RF 电路板供电的线路也必须与GND 双绞(VDD/ GND) 。

审核编辑：汤梓红