1/1基于RF電路設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題及解決方案單片射頻器件大大便利了肯定范圍內(nèi)無(wú)線通信領(lǐng)域的應(yīng)用,采納合適的微掌握器和天線并結(jié)合此收發(fā)器件即可構(gòu)成完整的無(wú)線通信鏈路。它們可以集成在一塊很小的電路板上,應(yīng)用于無(wú)線數(shù)字音頻、數(shù)字視頻數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),無(wú)線遙控和遙測(cè)系統(tǒng),無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以及無(wú)線平安防范系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域。

1數(shù)字電路與模擬電路的潛在沖突

假如模擬電路(射頻)和數(shù)字電路(微掌握器)單獨(dú)工作可能各自工作良好,但是一旦將兩者放在同一塊電路板上,使用同一個(gè)電源供電一起工作,整個(gè)系統(tǒng)很可能就會(huì)不穩(wěn)定。這主要是由于數(shù)字信號(hào)頻繁的在地和正電源(大小3V)之間搖擺,而且周期特殊短,經(jīng)常是ns級(jí)的。由于較大的振幅和較小的切換時(shí)間,使得這些數(shù)字信號(hào)包含大量的且獨(dú)立于切換頻率的高頻成分。而在模擬部分,從天線調(diào)諧回路傳到無(wú)線設(shè)備接收部分的信號(hào)一般小于1μV。因此數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)之間的差別將達(dá)到10-6(120dB)。明顯,假如數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)不能很好的分別,微弱的射頻信號(hào)可能遭到破壞,這樣一來(lái),無(wú)線設(shè)備工作性能就會(huì)惡化,甚至完全不能工作。

2RF電路和數(shù)字電路做在同塊PCB上的常見(jiàn)問(wèn)題

不能充分的隔離敏感線路和噪聲信號(hào)線是經(jīng)常消失的問(wèn)題。如上所述,數(shù)字信號(hào)具有高的擺幅并包含大量高頻諧波。假如PCB板上的數(shù)字信號(hào)布線鄰近敏感的模擬信號(hào),高頻諧波可能會(huì)耦合過(guò)去。RF器件的最敏感節(jié)點(diǎn)通常為鎖相環(huán)(PLL)的環(huán)路濾波電路,外接的壓控振蕩器(VCO)電感,晶振基準(zhǔn)信號(hào)和天線端子,電路的這些部分應(yīng)當(dāng)特殊認(rèn)真處理。

(1)供電電源噪聲

由于輸入/輸出信號(hào)有幾V的擺幅,數(shù)字電路對(duì)于電源噪聲(小于50mV)一般可以接受。而模擬電路對(duì)于電源噪聲卻相當(dāng)敏感,尤其是對(duì)毛刺電壓和其他高頻諧波。因此,在包含RF(或其他模擬)電路的PCB板上的電源線布線必需比在一般數(shù)字電路板上布線更加認(rèn)真,應(yīng)避開(kāi)采納自動(dòng)布線。同時(shí)也應(yīng)留意到,微掌握器(或其他數(shù)字電路)會(huì)在每個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期內(nèi)短時(shí)間突然吸入大部分電流,這是由于現(xiàn)代微掌握器都采納CMOS工藝設(shè)計(jì)。因此,假設(shè)一個(gè)微掌握器以1MHz的內(nèi)部時(shí)鐘頻率運(yùn)行,它將以此頻率從電源提取(脈沖)電流,假如不實(shí)行合適的電源去耦,必將引起電源線上的電壓毛刺。假如這些電壓毛刺到達(dá)電路RF部分的電源引腳,嚴(yán)峻的可能導(dǎo)致工作失效,因此必需保證將模擬電源線與數(shù)字電路區(qū)域隔開(kāi)。

(2)不合理的地線

RF電路板應(yīng)當(dāng)總是布有與電源負(fù)極相連的地線層,假如處理不當(dāng),可能產(chǎn)生一些驚奇的現(xiàn)象。對(duì)于一個(gè)數(shù)字電路設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)這或許難于理解,由于即使沒(méi)有地線層,大多數(shù)數(shù)字電路功能也表現(xiàn)良好。而在RF頻段,即使一根很短的線也會(huì)如電感一樣作用。粗略計(jì)算,每mm長(zhǎng)度的電感量約為1nH,434MHz時(shí)10mmPCB線路的感抗約為27Ω。假如不采納地線層,大多數(shù)地線將會(huì)較長(zhǎng),電路將無(wú)法保證設(shè)計(jì)特性。

(3)天線對(duì)其他模擬部分的輻射

在包含射頻和其他部分的電路中,這一點(diǎn)常常被忽視。除了RF部分,板上通常還有其他模擬電路。例如,很多微掌握器內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)用于測(cè)量模擬輸入以及電池電壓或其他參數(shù)。假如射頻發(fā)送器的天線位于此PCB四周(或就在此PCB上),發(fā)出的高頻信號(hào)可能會(huì)到達(dá)ADC的模擬輸入端。不要遺忘任何電路線路都可能如天線一樣發(fā)出或接收RF信號(hào)。假如ADC輸入端處理不合理,RF信號(hào)可能在ADC輸入的ESD二極管內(nèi)自激,從而引起ADC的偏差。

3RF電路和數(shù)字電路做在同塊PCB上的解決方案

以下給出在大多數(shù)RF應(yīng)用中的一些通用設(shè)計(jì)和布線策略。然而,遵循實(shí)際應(yīng)用中RF器件的布線建議更為重要。

(1)一個(gè)牢靠的地線層面

當(dāng)設(shè)計(jì)有RF元件的PCB時(shí),應(yīng)當(dāng)總是采納一個(gè)牢靠的地線層。其目的是在電路中建立一個(gè)有效的0V電位點(diǎn),使全部的器件簡(jiǎn)單去耦。供電電源的0V端子應(yīng)直接連接在此地線層。由于地線層的低阻抗,已被去耦的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間將不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)耦合。對(duì)于板上多個(gè)信號(hào)幅值可能相差120dB,這一點(diǎn)特別重要。在表面貼裝的PCB上,全部信號(hào)布線在元件安裝面的同一面,地線層則在其反面。抱負(fù)的地線層應(yīng)掩蓋整個(gè)PCB(除了天線PCB下方)。假如采納兩層以上的PCB,地線層應(yīng)放置在鄰近信號(hào)層的層上(如元件面的下一層)。另