射頻電路設計要點1.射頻電路中元器件封裝的注意事項 1??電路板的疊構(PCBStackUp) 2??阻抗控制 3????射頻元器件的擺放 3????射頻走線應該注意的問題 4????過孔的放置 4??射頻電路電源設計注意事項 5????射頻PCB設計的EMC規(guī)范 8????層分布 8 9??????屏蔽 9??????屏蔽材料和方法 ??????屏蔽罩設計 ??????金屬屏蔽腔的基本結構 ??????金屬屏蔽腔對PCB布局的工藝要求 ????射頻走線與地 ????布局注意事項 21????布線注意事項 23????接地處理 241.射頻電路中元器件封裝的注意事項成功的RF設計必須仔細注意整個設計過程中每個步驟及每個細節(jié)，這意味著必須在設計開始階段就要進行徹底的、仔細的規(guī)劃，并對每個設計步驟的進展進行全面持續(xù)的評估。而這種細致的設計技巧正是國內(nèi)大多數(shù)電子企業(yè)文化所欠缺的。近幾年來，由于藍牙設備、無線局域網(wǎng)絡(WLAN)設備，和移動電話的需求與成長，促使業(yè)者越來越關注RF電路設計的技巧。從過去到現(xiàn)在，RF電路板設計如同電磁干擾(EMI)問題一樣，一直是工程師們最難掌控的部份，甚至是夢魘。若想要一次就設計成功，必須事先仔細規(guī)劃和注重細節(jié)才能奏效。第2頁共27頁(blackart)。但這只是一種以偏蓋全的觀點，RF電路板設計還是有許多可以遵循的法則。不過程。很多時候，我們可能在原理上已經(jīng)設計的很完善，但是在在無線網(wǎng)卡的PCB疊構中，基本上不會出現(xiàn)單面板的情況，所以本文也不會對單面板的在四層板的設計中，我們一般會將第二層作為完整的地平面，同線走在頂層(當然包括射頻走線),以便于很好的控制阻抗。在六層板或者更多層板的設計中，在我們進行原理設計與仿真之后，在Layout中很值得注意的一件事情所周知，我們應該盡量保證走線的特征是50歐姆，這主要和線寬有關，在本實例中，是兩層Height(H)=39.6mil,Track(W)=30mil,Track(W1)=30mil,Thickness=10Z=1.4mil,7mil,Dielectric(Er)=4.2,對應的特征阻抗是52.14歐姆，符合要求。如下圖中高亮的線就是這的越緊湊越好(特殊要求除外),同時，也會盡可能的保證元器件的擺放對布線很有利(不要使走線繞來繞去的)。如下圖，是射頻功率放大器(PA,PowerAmplifier)的周圍器件的擺放，我如前所述，射頻走線的長度要盡量短，線寬嚴格按照要注意的是，射頻走線中不要有任何帶有尖狀的折點，在走線的現(xiàn)，如下圖G其次，在多層板的走線中，有可能重要的射頻線要產(chǎn)生不可使用我們最不想使用的東西：過孔。這樣，會有部分射頻信號線論是哪一層，射頻走線一定會有參考平面，這時一個值得注意首先，射頻走線的旁邊的地線最好能通過過孔打穿，接到底層或者中間層的地平面上，這樣可以是任何干擾信號或者輻射有最短的到地的通路，但是，過孔與射頻信號線的距離又不能太近，否則會嚴重影響射頻信號質(zhì)量，在實際的設計過程中可靈活把握，如下圖，我們看到，高亮的信號線兩層分布著很多過孔。其次，在面積較大的地平面處，我們通常會放置很多的過孔用于連接不同層的地。這在射頻電路的布線中，要注意的就是大過孔要沒有規(guī)律的打，最好能弄成菱形的，這樣可以最大限度的抑制各種干擾。射頻電路電源設計注意事項(1)電源線是EMI出入電路的重要途徑。通過電源線，外界的干擾可以傳入內(nèi)部電路，影響RF電路指標。為了減少電磁輻射和耦合，要求DC-DC模塊的一次側(cè)、二次側(cè)、負載側(cè)環(huán)路面積最小。電源電路不管形式有多復雜，其大電流環(huán)路都要盡可能小。電源線和地線總是要很近放置。(2)如果電路中使用了開關電源，開關電源的外圍器件布局要符合各功率回流路徑最短的原則。濾波電容要靠近開關電源相關引腳。使用共模電感，靠近開關電源模塊。(3)單板上長距離的電源線不能同時接近或穿過級聯(lián)放大器(增益大于45dB)的輸出和輸入端附近。避免電源線成為RF信號傳輸途徑，可能引起自激或降低扇區(qū)隔離度。長距離電源線的兩端都需要加上高頻濾波電容，甚至中間也加高頻濾波電容。(4)RFPCB的電源入口處組合并聯(lián)三個濾波電容，利用這三種電容的各自優(yōu)點分別濾除電源線上的低、中、高頻。例如：10uf,0.1uf,100pf。并且按照從大到小的順序依次靠近電源的輸入管腳。(5)用同一組電源給小信號級聯(lián)放大器饋電，應當先從末級開始，依次向前級供電，使末級電路產(chǎn)生的EMI對前級的影響較小。且每一級的電源濾波至少有兩個電容：0.1uf,100pf。當信號頻率高于1GHz時，要增加10pf濾波電容。(6)常用到小功率電子濾波器，濾波電容要靠近三極管管腳，高頻濾波電容更靠近管腳。三極管選用截止頻率較低的。如果電子濾波器中的三極管是高頻管，工作在放大區(qū)，外圍器第6頁共27頁原因是芯片內(nèi)存在反饋回路，且內(nèi)部三極管工作在放大板),在大多數(shù)應用中用電路板的頂層放置元器件和RF引線，第二層作為系統(tǒng)地，電源部分盡可能短的地環(huán)路，為第一層和第三層提供高度的電氣隔離，使第7頁共27頁2.2m2.2m上圖給出了星型連接的Vcc布線方案，該圖取自M板。圖中建立了一個主Vcc節(jié)點，從該點引出不同分支的電源線，為RFIC的電源引腳供電。另外，每條引線還具有一定的寄生電感，這恰好是我之后，電容的阻抗將呈現(xiàn)出電感性。由此可見，電容器只是在頻率接近或低于其SRF時第8頁共27頁給出了不同容值下的典型S11參數(shù)，從這些曲線可以清楚地看到SRF,還可以看出電容越大，在較低頻率處所提供的去耦性能越好(所呈現(xiàn)的阻抗越低)。在Vcc星型拓撲的主節(jié)點處最好放置一個大容量的電容器，如2.2μF。該電容具有較低的SRF,對于消除低頻噪聲、建立穩(wěn)定的直流電壓很有效。IC的每個電源引腳需要一個低容量的電容器(如10nF),用來濾除可能耦合到電源線上的高頻噪聲。對于那些為噪聲敏感電路供電的電源引腳，可能需要外接兩個旁路電容。例如：用一個10pF電容與一個10nF電容并聯(lián)提供旁路，可以提供更寬頻率范圍的去耦，盡量消除噪聲對電源電壓的影響。每個電源引腳都需要認真檢驗，以確定需要多大的去耦電容以及實際電路在哪些頻點容易受到噪聲的干擾。良好的電源去耦技術與嚴謹?shù)腜CB布局、Vcc引線(星型拓撲)相結合，能夠為任何RF系統(tǒng)設計奠定穩(wěn)固的基礎。盡管實際設計中還會存在降低系統(tǒng)性能指標的其它因素，但是，擁??.1.層分布1.1雙面板，頂層為信號層，底面為地平面。1.2四層板，頂層為信號層，第二層為地平面，第三層走電源、控制線。特殊情況下(如射頻信號線要穿過屏蔽壁),在第三層要走一些射頻信號線。每層均要求大面積敷地。1.2四層板，頂層為信號層，第二層為地平面，第三層走電源、控制線。特殊情況下(如射頻信號線要穿過屏蔽壁),在第三層要走一些射頻信號線。每層均要求大面積敷地。??.2.接地各組電路就近接地形成回路，要調(diào)整各組內(nèi)高頻濾波電容方向a)至少要有2根線接鋪地銅箔；b)用至少2個金屬化過孔在器件管腳旁就近接地。c)增大過孔b)在工藝允許的前提下，接地的大焊盤可直接蓋在至少6個接地過孔上(具體數(shù)量因焊盤c)接地線需要走一定的距離時，應縮短走線長度，禁止超過λ/20,以防止天線效應導致??.3.屏蔽耦合就越小，隔離度則越大。PCB典型的空間隔離度約為50dB。等),可不加，但要做試驗最終決定。這些電路有：b)對射頻單元和中頻單元須加屏蔽。接收通道中頻信號會對射頻信第10頁共27頁之一，電路可能自激。如果腔體內(nèi)的電路同頻增益超過30-50dB,必須在PCB板上焊接或安裝金屬屏蔽板，增加隔離度。實際設計時要綜合考慮頻率、功率、g)級聯(lián)的濾波、開關、衰減電路：在同一個屏蔽腔內(nèi)，級聯(lián)濾波電路的帶外衰減、級聯(lián)開關電路的隔離度、級聯(lián)衰減電路的衰減量必須小于30-50dB。如果超過這個值，必須在PCB板上焊接或安裝金屬屏蔽板，增加隔離度。實際設計4.2靜電屏蔽主要用于防止靜電場和恒定磁場的影響。應注意兩個第11頁共27頁門寬要保證安裝屏蔽壁后信號線與屏蔽體間的距離大于1mm。??.5.屏蔽罩設計折彎或壓力鑄造工藝，這種屏蔽罩有較多的螺釘孔，便于螺釘波材料增強屏蔽性能。射頻PCB需裝在屏蔽腔內(nèi)，要選擇合適的屏蔽腔尺寸，使其最低諧振罩體和螺絲孔屏蔽腔5.2.1屏蔽罩與PCB板接觸的罩體設計時應考慮PCBbottom面的器件高度，特別是插件第12頁共27頁螺釘安裝空間見表5表5螺釘安裝空間單位：m5孔徑中D1)36理盤(有核地要水)(2)8保證高精度和高平整性，又使元器件布局受到一些限制；金屬屏小器件到屏蔽罩的距離應該2mm以上，其它器件距離要求3mm以上，并且放置朝向最好議SMA微帶插座與PCB板的高度間隙不超過0.5mm,插座與焊盤不允許有明顯偏差。如圖功放板板內(nèi)信號用飛線連接??.射頻走線與地舉個例子來說吧。我們將對多層電路板進行射頻線仿真，為了1所示(兩種線寬):首先將線寬不同的兩塊板(表層鋪地前)由ALLEGRO導入SIWAVE,在目標線上加入502第14頁共27頁端口。針對不同線寬0.1016mm和0.35mm,我們的仿真結果如圖2所示，圖中顯示的曲線是S21,仿真頻率范圍為800MHz-1GHz。圖2a:表層未鋪地的S21(線寬0.1016mm)圖2b:表層未鋪地的S21(線寬0.35mm)圖2表層未鋪地的S21由圖中可以看到，在800MHz-1GHz的范圍內(nèi)，仿真的數(shù)據(jù)展示為小數(shù)點后一到兩位的數(shù)量級，0.35mm的損耗要比0.1016mm的線小一個數(shù)量級，這是因為0.35mm的線寬在該板的層疊條件下其特征阻抗接近502。因此間接驗證了我們所做的阻抗計算(用線寬約束)是有一第15頁共27頁接下來我們做了表層鋪地后的同樣的仿真(800MHz-1GHz),導入的PCB文件如圖3。圖3表層鋪過地后的PCB仿真結果如圖4:第16頁共27頁的損耗要明顯小于0.1016mm的。另外一個明顯的現(xiàn)象是相對于未鋪地的仿真結果，隨著頻表層的鋪地應該有所講究。盡量遠離RF線。工程經(jīng)驗是大于1.5倍的線寬。第17頁共27頁布局123屏蔽增及內(nèi)倒角位置的頂面是布局、布線，信號4匹配元件靠近相關的RF器件端口布局56RF主信號流一字布周，如果受空間限制，不能一字布7感(LTCC工藝)如做不到磁力城相互垂8的三個電阻布局互相靠近，滹波器電路要一面布局，并且不能被其它傳輸殘打散。9高中低預組合津波，高頻小容量溏波電容最靠10PCB理釘數(shù)量和布局合理。11功放PCB開商綜合考慮了安裝余量和電氣性能。12功放可變電容、隔直電容位置己按原理圖設計1314射頻PCB的輸入輸出和其它部分的接口是否滿足設計要1517數(shù)字芯片PWM調(diào)制輸出直流的RC濾波電路，放置在數(shù)字芯片18腔內(nèi)同頻增益超過40dB級聯(lián)放大電路需進益一般會很大，需要進行分腔16級聯(lián)衰減電路的衰減量大于40dB的電路20級聯(lián)滿波電路的帶外意減和級聯(lián)開關電路的21時頻電源的分配一般按照就近供電的原則，以免相互之間產(chǎn)生干擾。同時，在不同芯片共用同一個電源芯片時，要注意芯片之間是否會2223電源輸入口的濾波電容是否靠近輸入管腳，并且按照從大到小的順序排第18頁共27頁通用通用布線1布RF線需要進行控制走線阻抗，將它們布得盡可能直接，這樣可以減小損耗和不期望得到的耦合。2微帶線下方需要連續(xù)的地，同樣的，帶狀線上方和下方也需要連續(xù)的地；地平面不僅提供需要的回路，還可以將信號跟其它信號層隔離；3長的、沒有屏芯的走線，如RF前調(diào)的連線需要用帶狀線，這樣有利于使用固有的屏蔽。45當RF信號線在不同層之間過渡時，過孔需要遠離潛在的干擾電路、走線及過孔(比如數(shù)字控制線、時鐘、電源等);確保射頻過孔和干擾路徑之間6時種線、數(shù)據(jù)線，控制線之間的距離需滿足3W原則。如果空間允許，盡7走線要最短，不能閉環(huán)，不能有銳角和直角。8昂振表面以下不能有過孔和走線。頻綜、pll津波器件、VCO、滹波器和電9模擬信號與數(shù)字信號，電源線與控制信號線，弱信號分層(最好有地隔離)或相距較遠走線，如果分層相鄰層的線與線之間不能并行走線，最好垂直走線。如果沒有分層線間的距離是要滿足隔離度的101差分信號線需對稱走線，線長相差不能超過100mil,差分線對間的間距需滿足3W規(guī)則，12輸入輸出阻抗不是50歐媽的器件，輸入輸出阻抗線需滿足阻抗匹配要求。13在原理圖中，有特殊要求的阻抗戰(zhàn)需滿足原理圖的設計要14不同單元電源線布線時，電源線之間需相互隔離，以免各單元電路通過電源相互干擾，不同電源層在空間上不能重疊，如果重疊需要有地層隔離。16電源的走線線寬要滿足電流的通流量要求。(一般參考為1A/mm線寬)171RF信號布線周圍如果存在其它RF信號線，在兩者之間需過孔。18電源部分導線印制線在屬間轉(zhuǎn)接的過孔數(shù)符合通過電流的要求(1A/00.3mm孔)16RF信號布線周圍如果存在其它不相關的非RF信號(如過20小信號放大器的電源布線需要地銅皮及接地過孔隔離，避免其它EM1干擾2接地線要短而直，減少分布電愿，減小公共地阻抗所第19頁共27頁22RF主信號路徑上的接地器件和電源濾波電容需要接地時23有些元件的底部是接地的金屬殼，要在元件的投影區(qū)內(nèi)的表面層不得布信號線和過孔；2接地線需要走一定的距離時，應加粗走線線寬，縮短和超過1/4導引波長，以防止天線效應導致信號疆時；25除特殊用途外，不得有孤立銅皮，銅皮上一定要加地線過孔。29對某些敏基電路、有強烈輻時源的電路分別放在屏芯壓在PCB表面。PCB在設計時要加上“過孔屏蔽增”,就是在PCB上與屏蔽腔壁緊貼的部位加上接地的過孔。要有兩排以上的過孔，兩排過孔相互錯開，同一排的過孔間距在100mils左27一些RF器件封裝較小，SMD焊盤寬度可能小至12mils,而RF信號線寬可能達50mils以上，要用漸變線，禁止線寬突變，且過渡部分的線不直太28當50歐細微帶線上有大焊盤時，大焊盤相當于分布電密，破壞了微帶線的特性阻抗連續(xù)性。需將焊盤下方的地平面挖空，來減小焊盤的分布電z6過孔是引起RF通道上阻抗不連續(xù)性的重要因素之一，如果值號頻率大于1GHz,就要考慮過孔的影響。具體情況需用HFSS和Optimetr1數(shù)據(jù)、時鐘、使能線不能在數(shù)字頻率合成器芯片、晶體、晶振、變壓器，2頻綜的電源線要和其他干猶信號進行隔離，以免影響頻綜的相位噪聲和雜3環(huán)路滹波器的布屬要同層布局，并且結構緊湊，靠近相關的津波管膨，在4VCO的電源和控制電壓，要和其它于擾信號進行隔離。56頻綜的數(shù)據(jù)、時鐘、使能信號之間的距離要滿足1參考源的參考輸入信號，是從中頻送過來的，走線一定要短，不能對其它2數(shù)據(jù)、時鐘、使能信號之間的距離要滿足至少3W的間距。如果分層布4VCO的電源和控制電壓，要和其它干擾信號進行隔5塊1LNA的輸入信號線要越短越好。減小線損，增強接收通道的靈敏23護等級第20頁共27頁射頻模塊小信號放大器1小信號放大器的電源布線需要地銅皮及接地過孔隔離，避免其它EMI干擾竄入，進而惡化本級信號質(zhì)量。2單片放大器偏置電感的焊盤也最好放在RF信號過12ml高阻線與RF信號線相連，3當同一電源給兩級放大器同時供電時，電源要從后級向前級供電，以免末級放大電路影響前級，4小信號放大器的電源地回路要小，電容接地要短而真，減小公共地阻抗所12當濾波器的輸入輸出管腳為大焊盤時，為了保證阻抗的連續(xù)性，需要將其下面的層挖空。需通過仿真軟件計算具體的阻抗值。3當濾波器底部是金屬外殼與接地腳相連，器件的元件面投影區(qū)是禁布不能布微帶城和過孔。1要注意混頻器的外圍器件應該按照DATASHEET的要求布局。2對于集成雙平衡混頻器，扼流電感和隔離電感一定置。3對于集成雙平衡混頻器，隔離電感的接地必須充分孔。41I/Q是兩對差分線對，這兩對差分線對間的間距滿足3W規(guī)則，并且中間要加地孔隔蜜。2I/Q分別是兩對整分線對，這兩對差分線要并行走線，不能交叉走線，34差分城走殘過孔不能超過4個。第21頁共27頁殘到地的距高要大于80mil以上。殘到地的距高要大于80mil以上。電源電路1電源線是EMI出入電路的重要途徑，通過電源線，外界的干擾可以傳入內(nèi)部電路，影響RF電路指標。為了減少電磁輻射和耦合，要求DC-DC模塊的一次側(cè)、二次側(cè)、負載側(cè)環(huán)路面積最小，電源電路不管形式有多復雜，其2單板上長距高的電源絨不能同時接近或穿過級聯(lián)放大器(增益大于45dB)的輔出和輸入端附近，遍免電源線成為RF信號傳輔途徑，可能引起自激或降低離區(qū)隔離度。長距離電源線的兩端都需要加上高頻濾波電容，甚至中間也加高頻漆波電容，3RFPCB的電源入口處組合并聯(lián)三個濾波電容，利用這三種電容的各自優(yōu)點分別津除電源線上的低、中、高頻，例如：10uf,0.1uf,100pf,并且按照從大到小的順序依次靠近電源的輔入管腳。4用同一組電源給小信號級聯(lián)放大器饋電，應當先從末級開始，依次向前級供電，使末級電路產(chǎn)生的EMI對前級的影響較小。少有兩個電容：0.1uf,100pf,當信號頻率高于1GH波電容，5不同電源層在空間上要遙免重疊。主要是為了減少不同電源之間的干擾，特別是一些電壓相差很大的電源之間，電源平面的重疊問監(jiān)一定要設法盜免，難以遙免時可考慮中間隔地層。6電源部分導線印制線在層間轉(zhuǎn)接的過孔數(shù)符合通過電流的要求(1A/00.37PCB的POWER部分的銅落尺寸符合其流過的最大電流，股參考為1A/mm線寬)。8電源線的輸入輸出不能交叉。其它安規(guī)1電源印制導線在層間轉(zhuǎn)接的過孔數(shù)符合通過電流的要求(1A/00.3孔)2PCB的POWER部分的銅箔尺寸符合其流過的最大電流，股參考為2A/mm找寬)3單板上高溫元器件的防護和熱處理措施合理(處理)4較大面積可觸及導電零部件外殼與地連接(如DC/DC外殼、屏蔽重)5較大體積零件的固定孔及安裝后的電氣間障和在印安規(guī)要求。(如DC/DC外殼、屏蔽虛)6屏蔽盒固定后，與其它接插件等帶能量危險或達到安規(guī)要求；國定螺釘及墊片在印制板上爬電距高符合要-48V輸入印制線位于重疊位置，層間距離沒有小于0.1mm,789DC/DC的輸入/輸出印制線，不與DC/DC模塊在同一面(貼裝外，無臺階的DC/DC外殼會與印制線的電氣間隙不夠，基至會依能阻焊劑絕緣)10功放輸出口有保護電路(如環(huán)行器等)保證不會過功率引發(fā)過熱或燃燒事件11防雷擊連接器與氣體放電