迅速发展的射频集成电路为从事各类无线通信的工程技能人员供给了宽广的远景。但一同, 射频电路的规划要求规划者具有必定的实践经历和工程规划能力。本文总结的一些经历能够协助射频集成电路开发者缩短开发周期, 防止走不必要的弯路, 节约人力物力。
1. RF无线射频电路规划中的常见问题
射频(RF) PCB规划, 在现在揭露出书的理论上具有许多不确定性, 常被描述为一种“黑色艺术”。一般情况下, 关于微波以下频段的电路( 包括低频和低频数字电路) , 在全面把握各类规划准则前提下的细心规划是一次性成功规划的确保。关于微波以上频段和高频的PC 类数字电路, 则需求2~3个版别的PCB方能确保电路质量。而关于微波以上频段的RF 电路, 则往往需求更多版别的PCB规划并不断完善, 并且是在具有恰当经历的前提下。由此可知RF 电规划上的困难。
数字电路模块和模仿电路模块之间的搅扰
假如模仿电路( 射频) 和数字电路独自作业, 或许各自作业杰出。可是, 一旦将二者放在同一块电路板上, 运用同一个电源一同作业, 整个体系很或许就不安稳。这首要是因为数字信号频频地在地和正电源( >3 V) 之间摇摆, 并且周期特别短, 常常是纳秒级的。因为较大的振幅和较短的切换时刻, 使得这些数字信号包括很多且独立于切换频率的高频成分。在模仿部分, 从无线调谐回路传到无线设备接纳部分的信号一般小于1μV。因而数字信号与射频信号之间的不同会抵达120dB。明显, 假如不能使数字信号与射频信号很好地别离, 弱小的射频信号或许遭到损坏, 这样一来, 无线设备作业功用就会恶化, 乃至彻底不能作业。
供电电源的噪声搅扰
射频电路关于电源噪声恰当灵敏, 尤其是对毛刺电压和其他高频谐波。微控制器会在每个内部时钟周期内短时刻忽然吸入大部分电流, 这是因为现代微控制器都选用CMOS 工艺制作。因而, 假定一个微控制器以1MHz 的内部时钟频率运转, 它将以此频率从电源提取电流。假如不采纳适宜的电源去耦, 必将引起电源线上的电压毛刺。假如这些电压毛刺抵达电路RF部分的电源引脚, 严峻时或许导致作业失效。
不合理的地线
假如RF 电路的地线处理不妥, 或许产生一些古怪的现象。关于数字电路规划, 即便没有地线层,大大都数字电路功用也体现杰出。而在RF 频段, 即便一根很短的地线也会如电感器相同效果。粗略地核算, 每毫米长度的电感量约为1 nH, 433 MHz 时10 mm PCB 线路的感抗约27Ω。假如不选用地线层, 大大都地线将会较长, 电路将无法具有规划的特性。
天线对其他模仿电路部分的辐射搅扰
在PCB电路规划中, 板上一般还有其他模仿电路。例如, 许多电路上都有模/数转化(ADC)或数/模转化器(DAC)。射频发送器的天线宣布的高频信号或许会抵达ADC的模仿输入端。因为任何电路线路都或许如天线相同宣布或接纳RF信号。假如ADC输入端的处理不合理, RF信号或许在ADC输入的ESD二极管内自激, 然后引起ADC误差。 2. RF 电路规划准则及计划
RF 布局概念
在规划RF 布局时, 有必要优先满意以下几个总准则:
( 1) 尽或许地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)阻离隔来, 简略地说, 便是让高功率RF发射电路远离低功率RF 接纳电路;
( 2) 确保PCB板上高功率区至少有一整块地,最好上面没有过孔, 当然, 铜箔面积越大越好;
( 3) 电路和电源去耦相同也极为重要;
( 4)RF 输出一般需求远离RF输入;
( 5) 灵敏的模仿信号应该尽或许远离高速数字信号和RF信号。
物理分区和电气分区规划准则
规划分区能够分解为物理分区和电气分区。物理分区首要触及元器材布局、方向和屏蔽等; 电气分区能够持续分解为电源分配、RF走线、灵敏电路和信号以及接地等的分区。
物理分区准则
( 1) 元器材方位布局准则。元器材布局是完结一个优异RF规划的要害, 最有用的技能是首要固定坐落RF途径上的元器材并调整其方向, 以便将RF途径的长度减到最小, 使输入远离输出, 并尽或许远地别离高功率电路和低功率电路。
( 2) PCB堆叠规划准则。最有用的电路板堆叠办法是将主接地上(主地)安排在表层下的第二层,并尽或许将RF线安置在表层上。将RF途径上的过孔尺度减到最小, 这不仅能够削减途径电感, 并且还能够削减主地上的虚焊点, 并可削减RF能量走漏到层叠板内其他区域的时机。
( 3) 射频器材及其RF布线布局准则。在物理空间上, 像多级放大器这样的线性电路一般足以将多个RF区之间彼此阻离隔来, 可是双工器、混频器和中频放大器/混频器总是有多个RF/IF 信号彼此搅扰, 因而有必要当心肠将这一影响减到最小。RF与IF迹线应尽或许十字穿插, 并尽或许在它们之间隔一块地。正确的RF途径对整块PCB的功用非常重要,这便是元器材布局一般在蜂窝电话PCB规划中占大部分时刻的原因。
( 4) 下降高/低功率器材搅扰耦合的规划准则。在蜂窝电话PCB上, 一般能够将低噪音放大器电路放在PCB的某一面, 而将高功率放大器放在另一面, 并终究经过双工器把它们在同一面上连接到RF端和基带处理器端的天线上。要用技巧来确保通孔不会把RF能量从板的一面传递到另一面, 常用的技能是在二面都运用盲孔。能够经过将通孔安排在PCB板二面都不受RF搅扰的区域来将通孔的晦气影响减到最小。
电气分区准则
( 1) 功率传输准则。蜂窝电话中大大都电路的直流电流都恰当小, 因而, 布线宽度一般不是问题。不过, 有必要为高功率放大器的电源独自设定一条尽或许宽的大电流线, 以将传输压降减到最低。为了防止太多电流损耗, 需求选用多个通孔来将电流从某一层传递到另一层。
( 2) 高功率器材的电源去耦。假如不能在高功率放大器的电源引脚端对它进行充沛的去耦, 那么高功率噪声将会辐射到整块板上, 并带来多种的问题。高功率放大器的接地恰当要害, 常常需求为其规划一个金属屏蔽罩。
( 3)RF 输入/输出阻隔准则。在大大都情况下,相同要害的是确保RF 输出远离RF 输入。这也适用于放大器、缓冲器和滤波器。在最坏情况下, 假如放大器和缓冲器的输出以恰当的相位和振幅反应到它们的输入端, 那么它们就有或许产生自激振荡。在最好情况下, 它们将能在任何温度和电压条件下安稳地作业。实际上, 它们或许会变得不安稳, 并将噪音和互调信号添加到RF 信号上。
( 4) 滤波器输入/输出阻隔准则。假如射频信号线不得不从滤波器的输入端绕回输出端, 那么, 这或许会严峻危害滤波器的带通特性。为了使输入和输出杰出地阻隔, 首要有必要在滤波器周围安置一圈地, 其次滤波器基层区域也要安置一块地, 并与环绕滤波器的主地连接起来。把需求穿过滤波器的信号线尽或许远离滤波器引脚也是个好办法。此外, 整块板上各个地方的接地都要非常当心, 不然或许会在不知觉之中引进一条不期望产生的耦合通道。
(5) 数字电路和模仿电路阻隔。在一切PCB规划中, 尽或许将数字电路远离模仿电路是一条总的准则, 它相同适用于RF PCB规划。公共模仿地和用于屏蔽和离隔信号线的地一般是平等重要的, 因为疏忽而引起的规划更改将或许导致行将完结的规划又有必要推倒重来。相同应使RF线路远离模仿线路和一些很要害的数字信号, 一切的RF走线、焊盘和元件周围应尽或许多地填接地铜皮, 并尽或许与主地相连。假如RF 走线有必要穿过信号线, 那么尽量在它们之间沿着RF 走线安置一层与主地相连的地。假如不或许, 必定要确保它们是十字穿插的, 这可将容性耦合减到最小, 一同尽或许在每根RF走线周围多布一些地, 并把它们连到主地。此外, 将并行RF走线之间的间隔减到最小可使理性耦合减到最小。
