射频印制板(PCB)布局很简略呈现各种缺点工业、科学和医疗射频(ISM-RF)产品的许多运用事例标明，这些产品的印制板(PCB)布局很简略呈现各种缺点。人们经常发现相同IC安装到两块不同电路板上，所体现的功能指标会有显着差异。作业条件、谐波辐射、抗干扰才能，以及发动时刻等等许多要素的改动，都能阐明电路板布局在一款成功规划中的重要性。
本文罗列了各种不同的规划忽略，探讨了每种失误导致电路毛病的原因，并给出了怎么防止这些规划缺点的主张。本文以FR-4电介质、厚度0.0625in的双层PCB为例，电路板底层接地。作业频率介于315MHz到915MHz之间的不同频段，Tx和Rx功率介于-120dBm至+13dBm之间。表1列出了一些或许呈现的PCB布局问题、原因及其影响。
其间大多数问题源于少量几个常见原因，咱们将对此逐个评论。
电感方向
当两个电感(乃至是两条PCB走线)相互接近时，将会发生互感。第一个电路中的电流所发生的磁场会对第二个电路中的电流发生鼓励(图1)。这一进程与变压器初级、次级线圈之间的相互影响相似。当两个电流经过磁场相互效果时，所发生的电压由互感LM决议：
式中，YB是向电路B注入的差错电压，IA是在电路A效果的电流1。LM对电路间隔、电感环路面积(即磁通量)以及环路方向十分灵敏。因而，紧凑的电路布局和下降耦合之间的最佳平衡是正确摆放一切电感的方向。
图1. 由磁力线能够看出互感与电感摆放方向有关
对电路B的方向进行调整，使其电流环路平行于电路A的磁力线。为到达这一意图，尽量使电感相互笔直，请参阅低功率FSK超外差接收机评价(EV)板(MAX7042EVKIT)的电路布局(图2)。该电路板上的三个电感(L3、L1和L2)间隔十分近，将其方向摆放为0°、45°和90°，有助于下降相互之间的互感。
图2. 图中所示为两种不同的PCB布局，其间一种布局的元件摆放方向不合理(L1和L3)，另一种的方向摆放则更为适宜。
综上所述，应遵从以下准则：
电感间隔应尽或许远。
电感摆放方向成直角，使电感之间的串扰降至最小。
引线耦合
好像电感摆放方向会影响磁场耦合相同，假如引线相互过于接近，也会影响耦合。这种布局问题也会发生所谓的互感。RF电路最关怀问题之一即为体系灵敏部件的走线，例如输入匹配网络、接收器的谐振槽路、发送器的天线匹配网络等。
回来电流转路须尽或许接近主电流转道，将辐射磁场降至最小。这种布局有助于减小电流环路面积。回来电流的抱负低阻通路一般是引线下方的接地区域—将环路面积有用约束在电介质厚度乘以引线长度的区域。可是，假如接地区域被切割开，则会增大环路面积(图3)。关于穿过切割区域的引线，回来电流将被强制经过高阻通路，大大提高了电流环路面积。这种布局还使电路引线更简略受互感的影响。
图3. 完好的大面积接地有助于改进体系功能
关于一个实践电感，引线方向对磁场耦合的影响也很大。假如灵敏电路的引线有必要相互接近，最好将引线方向笔直摆放，以下降耦合(图4)。假如无法做到笔直摆放，则可考虑运用维护线。关于维护线的规划，请参阅以下接地与填充处理部分。
图4. 相似于图1，表明或许存在的磁力线耦合。
综上所述，布板时应遵从以下准则：
引线下方应保证完好接地。
灵敏引线应笔直摆放。
假如引线有必要平行摆放，须保证满足的间隔或选用维护线。
接地过孔
RF电路布局的首要问题一般是电路的特征阻抗不抱负，包含电路元件及其互联。引线覆铜层较薄，则等效于电感线，并与邻近的其它引线构成分布电容。引线穿过过孔时，也会体现出电感和电容特性。
过孔电容首要源于过孔焊盘侧的覆铜与地层覆铜之间构成的电容，它们之间由一个恰当小的圆环离隔。别的一个影响源于金属过孔自身的圆柱。寄生%&&&&&%的影响一般较小，一般只会构成高速数字信号的边缘变差(本文不对此加以评论)。
过孔的最大影响是相应的互联办法所引起的寄生电感。由于RF PCB规划中，大多数金属过孔尺度与集总元件的尺度相同，可运用简略的公式预算电路过孔的影响(图5)：
式中，LVIA为过孔的集总电感;h为过孔高度，单位为英寸;d为过孔直径，单位为英寸2。
图5. PCB横截面用于预算寄生影响的过孔结构
寄生电感往往对旁路电容的衔接影响很大。抱负的旁路%&&&&&%在电源层与地层之间供给高频短路，可是，非抱负过孔则会影响地层和电源层之间的低感通路。典型的PCB过孔(d = 10 mil、h = 62.5 mil)大约等效于一个1.34nH电感。给定ISM-RF产品的特定作业频率，过孔会对灵敏电路(例如，谐振槽路、滤波器以及匹配网络等)构成不良影响。
假如灵敏电路共用过孔，例如π型网络的两个臂，则会发生其它问题。例如，放置一个等效于集总电感的抱负过孔，等效原理图则与原电路规划有很大差异(图6)。与共用电流转路的串扰相同3，导致互感增大，加大串扰和馈通。
图6. 抱负架构与非抱负架构比较，电路中存在潜在的“信号通路”。
综上所述，电路布局需求遵从以下准则：
保证对灵敏区域的过孔电感建模。
滤波器或匹配网络选用独立过孔。
留意，较薄的PCB覆铜会下降过孔寄生电感的影响。
引线长度
Maxim ISM-RF产品的数据资料往往主张运用尽或许短的高频输入、输出引线，然后将损耗和辐射降至最小。另一方面，这种损耗一般是由于非抱负寄生参数引起的，所以寄生电感和电容都会影响电路布局，运用尽或许短的引线有助于下降寄生参数。一般情况下，10 mil宽、间隔地层0.0625in的PCB引线，假如选用的是FR4电路板，则发生大约19nH/in的电感和大约1pF/in的分布电容。关于具有20nH电感、3pF%&&&&&%的LAN/混频器电路，电路、元器材布局十分紧凑时，会对有用元件值构成很大影响。
“Institute for Printed Circuits”中的IPC-D-317A4供给了一个行业规范方程，用于预算微带线PCB的各种阻抗参数。该文件在2003年被IPC-2251替代5，后者为各种PCB引线供给更精确的核算办法。能够经过各种渠道取得在线核算器，其间大多数都依据IPC-2251供给的方程式。密苏里理工大学的电磁兼容性实验室供给了一个十分有用的PCB引线阻抗核算办法6。
公认的核算微带线阻抗的规范是：
式中，εr为电介质的介电常数，h为引线间隔地层的高度，w为引线宽度，t为引线厚度(图7)。w/h介于0.1至2.0、εr介于1至15之间时，该公式的核算结果恰当精确7。
图7. 该图为PCB横截面(与图5相似)，表明用于核算微带线阻抗的结构。
为评价引线长度的影响，确认引线寄生参数对抱负电路的去谐效应更有用。本例中，咱们评论杂散电容和电感。用于微带线的特征%&&&&&%规范方程为：
同理，可运用上述方程从方程式
举例阐明，假定PCB厚度为0.0625in (h = 62.5 mil)，1盎司覆铜引线(t = 1.35 mil)，宽度为0.01in (w = 10 mil)，选用FR-4电路板。留意，FR-4的εr典型值为4.35法拉/米(F/m)，但规模可从4.0F/m至4.7F/m。本例核算得到的特征值为Z0 = 134Ω，C0 = 1.04pF/in，L0 = 18.7nH/in。
关于ISM-RF规划中，电路板上布局长度为12.7mm (0.5in)的引线，可发生大约0.5pF和9.3nH的寄生参数(图8)。这一等级的寄生参数关于接收器谐振槽路的影响(LC乘积的改动)，或许发生315MHz ±2%或433.92MHz ±3.5%的改动。由于引线寄生效应所发生的附加%&&&&&%和电感，使得315MHz振动频率的峰值到达312.17MHz，433.92MHz振动频率的峰值到达426.61MHz。
图8. 一个紧凑的PCB布局，寄生效应会对电路发生影响。
别的一个比如是Maxim的超外差接收机(MAX7042)的谐振槽路，引荐运用的元件在315MHz时为1.2pF和30nH;433.92MHz时为0pF和16nH。运用方程核算谐振电路振动频率：
评价板谐振电路应包含封装和布局的寄生效应，核算315MHz谐振频率时，寄生参数分别为7.3pF和7.5pF。留意，LC乘积体现为集总%&&&&&%。
综上所述，布板须遵从以下准则：
坚持引线长度尽或许短。
要害电路尽量接近器材放置。
依据实践布局寄生效应对要害元件进行补偿。
接地与填充处理
接地或电源层界说了一个公共参阅电压，经过低阻通路为体系的一切部件供电。依照这种办法均衡一切电场，发生杰出的屏蔽机制。
直流电流总是倾向于沿着低阻通路流转。同理，高频电流也是优先流过最低电阻的通路。所以，关于地层上方的规范PCB微带线，回来电流企图流入引线正下方的接地区域。依照上述引线耦合部分所述，切断的接地区域会引进各种噪声，然后经过磁场耦合或会聚电流而增大串扰(图9)。
图9. 尽或许坚持地层完好，不然回来电流会引起串扰。
填充地也称为维护线，一般将其用于电路中很难铺设接衔接地区域或需求屏蔽灵敏电路的规划(图10)。经过在引线两头，或者是沿线放置接地过孔(即过孔阵列)，增大屏蔽效应8。请不要将维护线与规划用来供给回来电流转路的引线相混合，这样的布局会引进串扰。
图10. RF体系规划中须防止覆铜线浮空，特别是需求铺设铜皮的情况下。
覆铜区域不接地(浮空)或仅在一端接地时，会约束其有用性。有些情况下，它会构成寄生电容，改动周围布线的阻抗或在电路之间发生“潜在”通路，然后构成晦气影响。简而言之，假如在电路板上铺设了一块覆铜(非电路信号走线)，来保证共同的电镀厚度。覆铜区域应防止浮空，由于它们会影响电路规划。
最终，保证考虑天线邻近任何接地区域的影响。任何单极天线都将接地区域、走线和过孔作为体系均衡的一部分，非抱负均衡布线会影响天线的辐射效率和方向(辐射模板)。因而，不应将接地区域直接放置在单极PCB引线天线的下方。
综上所述，应该遵从以下准则：
尽量供给接连、低阻的接地区域。
填充线的两头接地，并尽量选用过孔阵列。
RF电路邻近不要将覆铜线浮空，RF电路周围不要铺设铜皮。
假如电路板包含多个地层，信号线从一侧过度另一侧时，最好铺设一个接地过孔。
晶体电容过大
寄生电容会使晶振的作业频率违背目标值9。因而，须遵从一些惯例准则，下降晶体引脚、焊盘、走线或与RF器材衔接的杂散电容。
应遵从以下准则：
晶体与RF器材之间的连线尽或许短。
相互之间的走线尽或许坚持阻隔。
假如并联寄生电容太大，则去除晶体下方的接地区域。
平面走线电感
不主张运用平面走线或PCB螺旋电感，典型PCB制作工艺具有必定的不精确性，例如宽度、空间容差，然后对元件值精度影响十分大。因而，大多数受控和高Q值电感均为绕线式。其次，能够挑选多层陶瓷电感，多层片式%&&&&&%厂商也供给这种产品。尽管如此，有些规划者仍是在不得已的情况下挑选了螺线电感。核算平面螺旋电感的规范公式一般选用惠勒公式10：
式中，a为线圈的均匀半径，单位为英寸;n为匝数;c为线圈磁芯的宽度(rOUTER – rINNER)，单位为英寸。当线圈的c > 0.2a时11，该核算办法的精度在5%之内。
能够运用方形、六角形或其它形状的单层螺旋电感。能够找到十分好的近似办法，对%&&&&&%晶圆上的平面电感进行建模。为了到达这一意图，对规范惠勒公式进行批改，得到十分合适小尺度及方形标准的平面电感预算办法12。
式中，ρ为充填比：
防止运用这种电感的原因有许多，它们一般受空间约束而导致电感值减小。防止运用平面电感的首要原因是受约束的几许尺度，以及对临界尺度的操控较差，然后无法猜测电感值。此外，PCB出产进程中很难操控实践电感值，电感还会将噪声耦合到电路的其它部分的趋向(拜见上文中的引线耦合部分)。
总而言之，应该：
防止运用平面走线电感。
尽量运用绕线片式电感。
总结
如上所述，几种常见的PCB布局圈套会构成ISM-RF规划问题。但是，留意电路的非抱负特性，您彻底可防止这些缺点。补偿这些不期望的影响需求恰当处理表面上无关紧要的事项，例如元件方向、走线长度、过孔安置，以及接地区域的用法。恪守以上的辅导准则，您可显着节约糟蹋在批改过错方面的时刻和金钱。
