高速PCB规划攻略之六
第一篇 混合信号电路板的规划准则
模仿电路的作业依靠接连改变的电流和电压。数字电路的作业依靠在接纳端依据预先界说的电压电平或门限对高电平或低电平的检测,它恰当于判别逻辑状况的“真”或“假”。在数字电路的高电平和低电平之间,存在“灰色”区域,在此区域数字电路有时表现出模仿效应,例如当从低电平向高电平(状况)跳变时,假如数字信号跳变的速度满足快,则将发作过冲和回铃反射现象。
关于现代板极规划来说,混合信号PCB的概念比较含糊,这是由于即便在朴实的“数字”器材中,依然存在模仿电路和模仿效应。因而,在规划初期,为了牢靠完结严厉的时序分配,有必要对模仿效应进行仿真。实践上,除了通讯产品有必要具有无毛病继续作业数年的牢靠性之外,许多出产的低本钱/高功用消费类产品中特别需求对模仿效应进行仿真。
现代混合信号PCB规划的另一个难点是不同数字逻辑的器材越来越多,比方GTL、LVTTL、LVCMOS及LVDS逻辑,每种逻辑电路的逻辑门限和电压摆幅都不同,可是,这些不同逻辑门限和电压摆幅的电路有必要一同规划在一块PCB上。在此,经过透彻剖析高密度、高功用、混合信号PCB的布局和布线规划,你能够把握成功战略和技能。
一、混合信号电路布线根底
当数字和模仿电路在同一块板卡上同享相同的元件时,电路的布局及布线有必要考究方法。图1所示的矩阵对混合信号PCB的规划规划有协助。只要提醒数字和模仿电路的特性,才干在实践布局和布线中抵达要求的PCB规划方针。
图1:模仿和数字电路:混合信号规划的两个方面
在混合信号PCB规划中,对电源走线有特别的要求并且要求模仿噪声和数字电路噪声彼此阻隔以防止噪声耦合,这样一来布局和布线的杂乱性就添加了。对电源传输线的特别需求以及阻隔模仿和数字电路之间噪声耦合的要求,使混合信号PCB的布局和布线的杂乱性进一步添加。
假如将A/D转化器中模仿放大器的电源和A/D转化器的数字电源接在一同,则很有或许构成模仿部分和数字部分电路的彼此影响。或许,由于输入/输出衔接器方位的原因,布局方案有必要把数字和模仿电路的布线混合在一同。
在布局和布线之前,工程师要弄清楚布局和布线方案的根本缺点。即便存在虚伪判别,大部分工程师倾向运用布局和布线信息来辨认潜在的电气影响。
二、现代混合信号PCB的布局和布线
下面将经过OC48接口卡的规划来论说混合信号PCB 布局和布线的技能。OC48代表光载波标准48,根本上面向2.5Gb串行光通讯,它是现代通讯设备中高容量光通讯标准的一种。OC48接口卡包括若干典型混合信号PCB的布局和布线问题,其布局和布线进程将指明处理混合信号PCB布局方案的次序和进程。
图2:OC48接口卡的逻辑
如图2所示,OC48卡包括一个完结光信号和模仿电信号双向转化的光收发器。模仿信号输入或输出数字信号处理器,DSP将这些模仿信号转化为数字逻辑电平,然后可与微处理器、可编程门阵列以及在OC48卡上的DSP和微处理器的体系接口电路相衔接。独立的锁相环、电源滤波器和本地参阅电压源也集成在一同。
其间,微处理器是一个多电源器材,主电源为2V,3.3V的I/O信号电源由板上其他数字器材同享。独立数字时钟源为OC48 I/O、微处理器和体系I/O供给时钟。
经过查看不同功用电路块的布局和布线要求,开端主张选用12层板,如图3所示。微带和带状线层的装备能够安全地削减附近走线层的耦兼并改进阻抗操控。第一层和第二层之间设置接地层,将把灵敏的模仿参阅源、CPU核和PLL滤波器电源的布线与在第一层的微处理器和DSP器材相阻隔。电源和接地层总是成对呈现的,与OC48卡上为同享3.3V电源层所做的相同。这样将下降电源和地之间的阻抗,然后削减电源信号上的噪声。
要防止在附近电源层的当地走数字时钟线和高频模仿信号线,不然,电源信号的噪声将耦合到灵敏的模仿信号之中。
要依据数字信号布线的需求,细心考虑运用电源和模仿接地层的开口(split),特别是在混合信号器材的输入和输出端。在附近信号层穿过一开口走线会构成阻抗不接连和不良的传输线回路。这些都会构成信号质量、时序和EMI问题。
有时添加若干接地层,或在一个器材下面为本地电源层或接地层运用若干外围层,就能够撤销开口并防止呈现上述问题,在OC48接口卡上就选用了多个接地层。坚持开口层和布线层方位的层叠对称能够防止卡变形并简化制作进程。由于1盎司覆铜板耐大电流的才能强,3.3V电源层和对应的接地层要选用1盎司覆铜板,其它层能够选用0.5盎司覆铜板,这样,能够下降暂态高电流或尖峰期间引起的电压动摇。
假如你从接地层往上规划一个杂乱的体系,应选用0.093英寸和0.100英寸厚度的卡以支撑布线层及接地阻隔层。卡的厚度还有必要依据过孔焊盘和孔的布线特征尺度调整,以便使钻孔直径与制品卡厚度的宽高比不超越制作商供给的金属化孔的宽高比。
假如要用最少的布线层数规划一个低本钱、高产量的商业产品,则在布局或布线之前,要细心考虑混合信号PCB上一切特别电源的布线细节。在开端布局和布线之前,要让方针制作商复查开端的分层方案。根本上要依据制品的厚度、层数、铜的分量、阻抗(带容差)和最小的过孔焊盘和孔的尺度来分层,制作商应该书面供给分层主张。
主张中要包括一切受控阻抗带状线和微带线的装备实例。要将你对阻抗的猜测与制作商对阻抗的结合起来考虑,然后,运用这些阻抗猜测能够验证用于开发CAD布线规矩的仿真东西中的信号布线特性。
三、OC48卡的布局
在光收发器和DSP之间的高速模仿信号对外部噪声十分灵敏。相同,一切特别电源和参阅电压电路也使该卡的模仿和数字电源传输电路之间发作许多的耦合。有时,受机壳形状的束缚,不得不规划高密度板卡。由于外部光缆接入卡的方位和光收发器部分元件尺度较高,使收发器在卡中的方位很大程度上被固定死。体系I/O衔接器方位和信号分配也是固定的。这是布局之前有必要完结的根底作业(见图4)。
与大多数成功的高密度模仿布局和布线方案相同,布局要满足布线的要求,布局和布线的要求有必要彼此统筹。对一块混合信号PCB的模仿部分和2V作业电压的本地CPU内核,不引荐选用“先布局后布线”的方法。对OC48卡来说,DSP模仿电路部分包括有模仿参阅电压和模仿电源旁路电容的部分应首要互动布线。完结布线后,具有模仿元件和布线的整个DSP要放到间隔光收发器满足近的当地,充沛确保高速模仿差分信号到DSP的布线长度最短、曲折和过孔最少。差散布局和布线的对称性将削减共模噪声的影响。可是,在布线之前很难猜测布局的最佳方案(见图5)。
要向芯片分销商咨询PCB排板的规划攻略。在依照攻略规划之前,要与分销商的运用工程师充沛沟通。许多芯片分销商对供给高质量的布板主张有严厉的时刻束缚。有时,他们供给的处理方案关于运用该器材的“一级客户”是可行的。在信号完好性(SI)规划范畴,新器材的信号完好性规划特别重要。依据分销商的根本攻略并与封装中每条电源和接地引脚的特定要求相结合,就能够开端对集成了DSP和微处理器的OC48卡布局布线。
高频模仿部分的方位和布线确认后,就能够依照框图中所示的分组方法放置其他的数字电路。要留心细心规划下列电路:对模仿信号灵敏度高的CPU中PLL电源滤波电路的方位;本地CPU内核电压调整器;用于“数字”微处理器的参阅电压电路。
数字布线的电气和制作准则标准此刻才干够恰当地运用到规划之中。前述对高速数字总线和时钟信号的信号完好性的规划,提醒出一些对处理器总线、平衡Ts及某些时钟信号布线的时滞匹配的特别布线拓扑要求。可是你或许不知道,也有人提出更新的主张,即添加若干端接电阻。
在处理问题的进程中,布板阶段做一些调整是当然的事。可是,在开端布线之前,很重要的一步是依照布局方案验证数字部分的时序。此刻此刻,对板卡进行完好DFM/DFT布局复查将有助于确保该卡满足客户的需求。
四、OC48卡的数字布线
关于数字器材电源线和混合信号DSP的数字部分,数字布线要从SMD出路图(escape patterns)开端。要选用装置工艺答应的最短和最宽的印制线。关于高频器材来说,电源的印制线恰当于小电感,它将恶化电源噪声,使模仿和数字电路之间发作不希望的耦合。电源印制线越长,电感越大。
选用数字旁路电容能够得到最佳的布局和布线方案。简言之,依据需求微调旁路电容的方位,使之装置便利并散布在数字部件和混合信号器材数字部分的周围。要选用相同的“最短和最宽的走线”方法对旁路电容出路图进行布线。
当电源分支要穿过接连的平面时(如OC48接口卡上的3.3V电源层),则电源引脚和旁路电容本身不用同享相同的出口图,就能够得到最低的电感和ESR旁路。在OC48接口卡这样的混合信号PCB上,要特别留心电源分支的布线。记住,要在整个卡上以矩阵摆放的方法放置额定的旁路电容,即便在无源器材附近也要放置 (见图6)。
电源出路图确认之后,就能够开端主动布线。OC48卡上的ATE测验触点要在逻辑规划时界说。要确保ATE接触到100%的节点。为了以0.070英寸的最小ATE测验探头完结ATE测验,有必要保存引出过孔(breakout via)的方位,以确保电源层不会被过孔的不和焊盘(anTIpads)穿插所间隔。
假如要选用一个电源和接地层开口(split)方案,应在平行于开口的附近布线层上挑选偏移层(layer bias)。在附近层上按该开口区域的周长界说制止布线区,防止布线进入。假如布线有必要穿过开口区域到另一层,应确保与布线相邻的另一层为接连的接地层。这将削减反射途径。让旁路电容跨过开口的电源层对一些数字信号的布板有优点,但不引荐在数字和模仿电源层之间进行桥接,这是由于噪声会经过旁路电容彼此耦合。
若干最新的主动布线运用程序能够对高密度多层数字电路进行布线。开端布线阶段要在SMD出口中运用0.050英寸大尺度过孔间隔和考虑所运用的封装类型,后续布线阶段要容许过孔的方位彼此靠得比较近,这样一切东西都能完结最高的布通率和最低的过孔数。由于OC48处理器总线选用一种改进的星形拓扑结构,在主动布线时其优先级最高(见图7)。
总结
OC48卡布板完结之后要进行信号完好性核对和时序仿真。仿真证明布线辅导抵达预期的要求并改进了第二层总线的时序目标。终究进行规划规矩查看、终究制作的复查、光罩和复查并签发给制作者,则布板使命才正式完毕
第二篇 分区规划
摘要:混合信号电路PCB的规划很杂乱,元器材的布局、布线以及电源和地线的处理将直接影响到电路功用和电磁兼容功用。本文介绍的地和电源的分区规划能优化混合信号电路的功用。
怎么下降数字信号和模仿信号间的彼此搅扰呢?在规划之前有必要了解电磁兼容(EMC)的两个根本准则:第一个准则是尽或许减小电流环路的面积;第二个准则是体系只选用一个参阅面。相反,假如体系存在两个参阅面,就或许构成一个偶极天线(注:小型偶极天线的辐射巨细与线的长度、流过的电流巨细以及频率成正比);而假如信号不能经过尽或许小的环路回来,就或许构成一个大的环状天线(注:小型环状天线的辐射巨细与环路面积、流过环路的电流巨细以及频率的平方成正比)。在规划中要尽或许防止这两种状况。
有人主张将混合信号电路板上的数字地和模仿地切割开,这样能完结数字地和模仿地之间的阻隔。虽然这种方法可行,可是存在许多潜在的问题,在杂乱的大型体系中问题特别杰出。最要害的问题是不能跨过切割空隙布线,一旦跨过了切割空隙布线,电磁辐射和信号串扰都会急剧添加。在PCB规划中最常见的问题便是信号线跨过切割地或电源而发作EMI问题。
如图1所示,咱们选用上述切割方法,并且信号线跨过了两个地之间的空隙,信号电流的回来途径是什么呢?假定被切割的两个地在某处衔接在一同(一般状况下是在某个方位单点衔接),在这种状况下,地电流将会构成一个大的环路。流经大环路的高频电流会发作辐射和很高的地电感,假如流过大环路的是低电平模仿电流,该电流很简略遭到外部信号搅扰。最糟糕的是当把切割地在电源处衔接在一一同,将构成一个十分大的电流环路。别的,模仿地和数字地经过一个长导线衔接在一同会构成偶极天线。
了解电流回流到地的途径和方法是优化混合信号电路板规划的要害。许多规划工程师只是考虑信号电流从哪儿流过,而疏忽了电流的具体途径。假如有必要对地线层进行切割,并且有必要经过切割之间的空隙布线,能够先在被切割的地之间进行单点衔接,构成两个地之间的衔接桥,然后经过该衔接桥布线。这样,在每一个信号线的下方都能够供给一个直接的电流回流途径,然后使构成的环路面积很小。
选用光阻隔器材或变压器也能完结信号跨过切割空隙。关于前者,跨过切割空隙的是光信号;在选用变压器的状况下,跨过切割空隙的是磁场。还有一种可行的方法是选用差分信号:信号从一条线流入从别的一条信号线回来,这种状况下,不需求地作为回流途径。
要深入评论数字信号对模仿信号的搅扰有必要先了解高频电流的特性。高频电流总是挑选阻抗最小(电感最低),直接坐落信号下方的途径,因而回来电流会流过附近的电路层,而不管这个接近层是电源层仍是地线层。
在实践作业中一般倾向于运用一致地,而将PCB分区为模仿部分和数字部分。模仿信号在电路板一切层的模仿区内布线,而数字信号在数字电路区内布线。在这种状况下,数字信号回来电流不会流入到模仿信号的地。
只要将数字信号布线在电路板的模仿部分之上或许将模仿信号布线在电路板的数字部分之上时,才会呈现数字信号对模仿信号的搅扰。呈现这种问题并不是由于没有切割地,真实的原因是数字信号的布线不恰当。
PCB规划选用一致地,经过数字电路和模仿电路分区以及适宜的信号布线,一般能够处理一些比较困难的布局布线问题,一同也不会发作因地切割带来的一些潜在的费事。在这种状况下,元器材的布局和分区就成为决议规划好坏的要害。假如布局布线合理,数字地电流将束缚在电路板的数字部分,不会搅扰模仿信号。关于这样的布线有必要细心肠查看和核对,要确保百分之百恪守布线规矩。不然,一条信号线走线不妥就会完全损坏一个原本十分不错的电路板。
在将A/D转化器的模仿地和数字地管脚衔接在一一同,大多数的A/D转化器厂商会主张:将AGND和DGND管脚经过最短的引线衔接到同一个低阻抗的地上(注:由于大多数A/D转化器芯片内部没有将模仿地和数字地衔接在一同,有必要经过外部管脚完结模仿和数字地的衔接),任何与DGND衔接的外部阻抗都会经过寄生电容将更多的数字噪声耦合到IC内部的模仿电路上。依照这个主张,需求把A/D转化器的AGND和DGND管脚都衔接到模仿地上,但这种方法会发作比如数字信号去耦电容的接地端应该接到模仿地仍是数字地的问题。
假如体系仅有一个A/D转化器,上面的问题就很简略处理。如图3中所示,将地切割开,在A/D转化器下面把模仿地和数字地部分衔接在一同。采纳该方法时,有必要确保两个地之间的衔接桥宽度与IC等宽,并且任何信号线都不能跨过切割空隙。
假如体系中A/D转化器较多,例如10个A/D转化器怎样衔接呢?假如在每一个A/D转化器的下面都将模仿地和数字地衔接在一同,则发作多点相连,模仿地和数字地之间的阻隔就毫无意义。而假如不这样衔接,就违反了厂商的要求。
最好的方法是开端时就用一致地。如图4所示,将一致的地分为模仿部分和数字部分。这样的布局布线既满足了IC器材厂商对模仿地和数字地管脚低阻抗衔接的要求,一同又不会构成环路天线或偶极天线而发作EMC问题。
假如对混合信号PCB规划选用一致地的做法心存疑虑,能够选用地线层切割的方法对整个电路板布局布线,在规划时留心尽量使电路板在后边试验时易于用间隔小于1/2英寸的跳线或0欧姆电阻将切割地衔接在一同。留心分区和布线,确保在一切的层上没有数字信号线坐落模仿部分之上,也没有任何模仿信号线坐落数字部分之上。并且,任何信号线都不能跨过地空隙或是切割电源之间的空隙。要测验该电路板的功用和EMC功用,然后将两个地经过0欧姆电阻或跳线衔接在一同,从头测验该电路板的功用和EMC功用。比较测验成果,会发现简直在一切的状况下,一致地的方案在功用和EMC功用方面比切割地更优越。
在以下三种状况能够用到这种方法:一些医疗设备要求在与患者衔接的电路和体系之间的漏电流很低;一些工业进程操控设备的输出或许衔接到噪声很大并且功率高的机电设备上;别的一种状况便是在PCB的布局遭到特定束缚时。
在混合信号PCB板上一般有独立的数字和模仿电源,能够并且应该选用切割电源面。可是紧邻电源层的信号线不能跨过电源之间的空隙,而一切跨过该空隙的信号线都有必要坐落紧邻大面积地的电路层上。在有些状况下,将模仿电源以PCB衔接线而不是一个面来规划能够防止电源面的切割问题。
混合信号PCB规划是一个杂乱的进程,规划进程要留心以下几点:
1.将PCB分区为独立的模仿部分和数字部分。
2.适宜的元器材布局。
3.A/D转化器跨分区放置。
4.不要对地进行切割。在电路板的模仿部分和数字部分下面敷设一致地。
5.在电路板的一切层中,数字信号只能在电路板的数字部散布线。
6.在电路板的一切层中,模仿信号只能在电路板的模仿部散布线。
7.完结模仿和数字电源切割。
8.布线不能跨过切割电源面之间的空隙。
9.有必要跨过切割电源之间空隙的信号线要坐落紧邻大面积地的布线层上。
10.剖析回来地电流实践流过的途径和方法。
11.选用正确的布线规矩。
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第六篇 RF产品规划进程中下降信号耦合的PCB布线技巧
一轮蓝牙设备、无绳电话和蜂窝电话需求高潮正促进我国电子工程师越来越重视RF电路规划技巧。RF电路板的规划是最令规划工程师感到头疼的部分,如想一次获得成功,细心规划和重视细节是有必要加以高度重视的两大要害规划规矩。
射频(RF)电路板规划由于在理论上还有许多不确认性,因而常被描述为一种“黑色艺术”,但这个观念只要部分正确,RF电路板规划也有许多能够遵从的准则和不应该被忽视的规律。不过,在实践规划时,真实有用的技巧是当这些准则和规律因各种规划束缚而无法精确地施行时怎么对它们进行折衷处理。
当然,有许多重要的RF规划课题值得评论,包括阻抗和阻抗匹配、绝缘层资料和层叠板以及波长和驻波,不过,本文将会集评论与RF电路板分区规划有关的各种问题。
今日的蜂窝电话规划以各种方法将一切的东西集成在一同,这对RF电路板规划来说很晦气。现在业界竞赛十分剧烈,人人都在找方法用最小的尺度和最小的本钱集成最多的功用。模仿、数字和RF电路都严密地挤在一同,用来离隔各自问题区域的空间十分小,并且考虑到本钱要素,电路板层数往往又减到最小。令人感到难以想象的是,多用途芯片可将多种功用集成在一个十分小的裸片上,并且衔接外界的引脚之间摆放得又十分严密,因而RF、IF、模仿和数字信号十分接近,但它们一般在电气上是不相干的。电源分配或许对规划者来说是一个噩梦,为了延伸电池寿数,电路的不同部分是依据需求而分时作业的,并由软件来操控转化。这意味着你或许需求为你的蜂窝电话供给5到6种作业电源。
一、RF布局概念
在规划RF布局时,有几个总的准则有必要优先加以满足:
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。假如你的PCB板上有许多物理空间,那么你能够很简略地做到这一点,但一般元器材许多,PCB空间较小,因而这一般是不或许的。你能够把他们放在PCB板的双面,或许让它们替换作业,而不是一同作业。高功率电路有时还可包括RF缓冲器和压操控振荡器(VCO)。
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,铜皮越多越好。稍后,咱们将评论怎么依据需求打破这个规划准则,以及怎么防止由此而或许引起的问题。
芯片和电源去耦相同也极为重要,稍后将评论完结这个准则的几种方法。
RF输出一般需求远离RF输入,稍后咱们将进行具体评论。
灵敏的模仿信号应该尽或许远离高速数字信号和RF信号。
二、怎么进行分区?
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、朝向和屏蔽等问题;电气分区能够继续分解为电源分配、RF走线、灵敏电路和信号以及接地等的分区。
首要咱们评论物理分区问题。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,并调整其朝向以将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。
最有用的电路板堆叠方法是将主接地上(主地)安排在表层下的第二层,并尽或许将RF线走在表层上。将RF途径上的过孔尺度减到最小不只能够削减途径电感,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。
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走线应尽或许走十字穿插,并尽或许在它们之间隔一块地。正确的RF途径对整块PCB板的功用而言十分重要,这也便是为什么元器材布局一般在蜂窝电话PCB板规划中占大部分时刻的原因。
在蜂窝电话PCB板上,一般能够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,并终究经过双工器把它们在同一面上衔接到RF端和基带处理器端的天线上。需求一些技巧来确保直经过孔不会把RF能量从板的一面传递到另一面,常用的技能是在双面都运用盲孔。能够经过将直经过孔安排在PCB板双面都不受RF搅扰的区域来将直经过孔的晦气影响减到最小。
有时不太或许在多个电路块之间确保满足的阻隔,在这种状况下就有必要考虑选用金属屏蔽罩将射频能量屏蔽在RF区域内,但金属屏蔽罩也存在问题,例如:本身本钱和装置本钱都很贵;
外形不规矩的金属屏蔽罩在制作时很难确保高精度,长方形或正方形金属屏蔽罩又使元器材布局遭到一些束缚;金属屏蔽罩晦气于元器材替换和毛病定位;由于金属屏蔽罩有必要焊在地上,有必要与元器材坚持一个恰当间隔,因而需求占用名贵的PCB板空间。
尽或许确保屏蔽罩的完好十分重要,进入金属屏蔽罩的数字信号线应该尽或许走内层,并且最好走线层的下面一层PCB是地层。RF信号线能够从金属屏蔽罩底部的小缺口和地缺口处的布线层上走出去,不过缺口处周围要尽或许地多布一些地,不同层上的地可经过多个过孔连在一同。
虽然有以上的问题,可是金属屏蔽罩十分有用,并且常常仍是阻隔要害电路的仅有处理方案。
此外,恰当和有用的芯片电源去耦也十分重要。许多集成了线性线路的RF芯片对电源的噪音十分灵敏,一般每个芯片都需求选用高达四个电容和一个阻隔电感来确保滤除一切的电源噪音(见图1)。
最小电容值一般取决于其自谐振频率和低引脚电感,C4的值便是据此挑选的。C3和C2的值由于其本身引脚电感的联系而相对较大一些,然后RF去耦作用要差一些,不过它们较适合于滤除较低频率的噪声信号。电感L1使RF信号无法从电源线耦合到芯片中。记住:一切的走线都是一条潜在的既可接纳也可发射RF信号的天线,别的将感应的射频信号与要害线路阻离隔也很必要。
这些去耦元件的物理方位一般也很要害,图2表明晰一种典型的布局方法。这几个重要元件的布局准则是:C4要尽或许接近IC引脚并接地,C3有必要最接近C4,C2有必要最接近C3,并且IC引脚与C4的衔接走线要尽或许短,这几个元件的接地端(特别是C4)一般应当经过下一地层与芯片的接地引脚相连。将元件与地层相连的过孔应该尽或许接近PCB板上元件焊盘,最好是运用打在焊盘上的盲孔以将衔接线电感减到最小,电感应该接近C1。
一块集成电路或放大器常常带有一个开漏极输出,因而需求一个上拉电感来供给一个高阻抗RF负载和一个低阻抗直流电源,相同的准则也适用于对这一电感端的电源进行去耦。有些芯片需求多个电源才干作业,因而你或许需求两到三套电容和电感来分别对它们进行去耦处理,假如该芯片周围没有满足空间的话,那么或许会遇到一些费事。
记住电感很少并行靠在一同,由于这将构成一个空芯变压器并彼此感应发作搅扰信号,因而它们之间的间隔至少要恰当于其间一个器材的高度,或许成直角摆放以将其互感减到最小。
电气分区准则大体上与物理分区相同,但还包括一些其它要素。现代蜂窝电话的某些部分选用不同作业电压,并凭借软件对其进行操控,以延伸电池作业寿数。这意味着蜂窝电话需求运转多种电源,而这给阻隔带来了更多的问题。电源一般从衔接器引进,并当即进行去耦处理以滤除任何来自线路板外部的噪声,然后再经过一组开关或稳压器之后对其进行分配。
蜂窝电话里大多数电路的直流电流都恰当小,因而走线宽度一般不是问题,不过,有必要为高功率放大器的电源单独走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,需求选用多个过孔来将电流从某一层传递到另一层。此外,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,并带来各式各样的问题。高功率放大器的接地恰当要害,并常常需求为其规划一个金属屏蔽罩。
在大多数状况下,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。在最坏状况下,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,那么它们就有或许发作自激振荡。在最好状况下,它们将能在任何温度和电压条件下稳定地作业。实践上,它们或许会变得不稳定,并将噪音和互调信号添加到RF信号上。
假如射频信号线不得不从滤波器的输入端绕回输出端,这或许会严峻危害滤波器的带通特性。为了使输入和输出得到杰出的阻隔,首要有必要在滤波器周围布一圈地,其次滤波器基层区域也要布一块地,并与环绕滤波器的主地衔接起来。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方法。此外,整块板上各个当地的接地都要十分当心,不然你或许会在不知不觉之中引进一条你不希望发作的耦合通道。图3具体阐明晰这一接当地法。
有时能够挑选走单端或平衡RF信号线,有关穿插搅扰和EMC/EMI的准则在这里相同适用。平衡RF信号线假如走线正确的话,能够削减噪声和穿插搅扰,可是它们的阻抗一般比较高,并且要坚持一个合理的线宽以得到一个匹配信号源、走线和负载的阻抗,实践布线或许会有一些困难。
缓冲器能够用来进步阻隔作用,由于它可把同一个信号分为两个部分,并用于驱动不同的电路,特别是本振或许需求缓冲器来驱动多个混频器。当混频器在RF频率处抵达共模阻隔状况时,它将无法正常作业。缓冲器能够很好地阻隔不同频率处的阻抗改变,然后电路之间不会彼此搅扰。
缓冲器对规划的协助很大,它们能够紧跟在需求被驱动电路的后边,然后使高功率输出走线十分短,由于缓冲器的输入信号电平比较低,因而它们不易对板上的其它电路构成搅扰。
还有许多十分灵敏的信号和操控线需求特别留心,但它们超出了本文评论的规模,因而本文仅略作论说,不再进行具体阐明。
压控振荡器(VCO)可将改变的电压转化为改变的频率,这一特性被用于高速频道切换,但它们相同也将操控电压上的微量噪声转化为细小的频率改变,而这就给RF信号添加了噪声。总的来说,在这一级今后你再也没有方法从RF输出信号中将噪声去掉。那么困难在哪里呢?首要,操控线的希望频宽规模或许从DC直到2MHz,而经过滤波来去掉这么宽频带的噪声简直是不或许的;其次,VCO操控线一般是一个操控频率的反应回路的一部分,它在许多当地都有或许引进噪声,因而有必要十分当心处理VCO操控线。
要确保RF走线基层的地是实心的,并且一切的元器材都牢固地连到主地上,并与其它或许带来噪声的走线阻离隔来。此外,要确保VCO的电源已得到充沛去耦,由于VCO的RF输出往往是一个相对较高的电平,VCO输出信号很简略搅扰其它电路,因而有必要对VCO加以特别留心。事实上,VCO往往布放在RF区域的结尾,有时它还需求一个金属屏蔽罩。
谐振电路(一个用于发射机,另一个用于接纳机)与VCO有关,但也有它自己的特色。简略地讲,谐振电路是一个带有容性二极管的并行谐振电路,它有助于设置VCO作业频率和将语音或数据调制到RF信号上。
一切VCO的规划准则相同适用于谐振电路。由于谐振电路含有数量恰当多的元器材、板上散布区域较宽以及一般运转在一个很高的RF频率下,因而谐振电路一般对噪声十分灵敏。信号一般摆放在芯片的相邻脚上,但这些信号引脚又需求与相对较大的电感和电容合作才干作业,这反过来要求这些电感和电容的方位有必要靠得很近,并连回到一个对噪声很灵敏的操控环路上。要做到这点是不简略的。
主动增益操控(AGC)放大器相同是一个简略出问题的当地,不管是发射仍是接纳电路都会有AGC放大器。AGC放大器一般能有用地滤掉噪声,不过由于蜂窝电话具有处理发射和接纳信号强度快速改变的才能,因而要求AGC电路有一个恰当宽的带宽,而这使某些要害电路上的AGC放大器很简略引进噪声。
规划AGC线路有必要恪守杰出的模仿电路规划技能,而这跟很短的运放输入引脚和很短的反应途径有关,这两处都有必要远离RF、IF或高速数字信号走线。相同,杰出的接地也必不可少,并且芯片的电源有必要得到杰出的去耦。假如有必要要在输入或输出端走一根长线,那么最好是在输出端,一般输出端的阻抗要低得多,并且也不简略感应噪声。一般信号电平越高,就越简略把噪声引进到其它电路。
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,它相同也适用于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,问题在于假如没有预见和事前细心的方案,每次你能在这方面所做的事都很少。因而在规划前期阶段,细心的方案、考虑周全的元器材布局和完全的布局评价都十分重要,由于疏忽而引起的规划更改将或许导致一个行将完结的规划又有必要推倒重来。这一因疏忽而导致的严峻后果,不管怎么对你的个人作业开展来说不是一件功德。
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填接地铜皮,并尽或许与主地相连。相似面包板的微型过孔结构板在RF线路开发阶段很有用,假如你选用了结构板,那么你毋须花费任何开支就可随意运用许多过孔,不然在一般PCB板上钻孔将会添加开发本钱,而这在大批量出产时会添加本钱。
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走线布一层与主地相连的地。假如不或许的话,一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能够将理性耦合减到最小。
一个实心的整块接地上直接放在表层下第一层时,阻隔作用最好,虽然当心一点规划时其它的做法也管用。我曾试过把接地上分红几块来阻隔模仿、数字和RF线路,但我从未对成果感到满足过,由于终究总是有一些高速信号线要穿过这些分隔的地,这不是一件功德。
在PCB板的每一层,应布上尽或许多的地,并把它们连到主地上。尽或许把走线靠在一同以添加内部信号层和电源分配层的地块数量,并恰当调整走线以便你能将地衔接过孔安置到表层上的阻隔地块。应当防止在PCB各层上生成游离地,由于它们会像一个小天线那样拾取或注入噪音。在大多数状况下,假如你不能把它们连到主地,那么你最好把它们去掉。
本文小结
在拿到一张工程更改单(ECO)时,要镇定,不要简单消除你一切辛辛苦苦才完结的作业。一张ECO很简单使你的作业堕入紊乱,不管需求做的修正是多么的细小。当你有必要在某个时刻段里完结一份作业时,你很简略就会忘掉一些要害的东西,更不用说要作出更改了。
不管是不是“黑色艺术”,恪守一些根本的RF规划规矩和留心一些优异的规划实例将可协助你完结RF规划作业。成功的RF规划有必要细心留心整个规划进程中每个进程及每个细节才有或许完结,这意味着有必要在规划开端阶段就要进行完全的、细心的规划,并对每个规划进程的作业进展进行全面继续地评价。