微波技術 - 射頻電路設計五大經驗總結 ​

在電子學理論中，當電流流過導體時，導體周圍會形成磁場； 當交流電通過導體時，導體周圍會形成一個交變電磁場，稱為電磁波。

當電磁波頻率低於100khz時，電磁波會被地表吸收，無法形成有效傳輸，但當電磁波頻率高於100khz時，電磁波會在空氣中傳播，並被大氣外緣電離層反射，形成遠距離傳輸能力。 囙此，每秒變化小於1000次的交流電被稱為低頻電流，變化超過1000次的交流電被稱為高頻電流，而射頻就是這樣的高頻電流。 射頻被稱為RF。

這個 射頻電路 由無源元件組成, 有源設備和無源網絡. 中所用組件的頻率特性 射頻電路s與低頻電路中的不同. 除了元件和低頻電路的不同頻率特性, 的特點 射頻電路電子技術領域的s也不同於低頻電路. 在高頻條件下, 雜散電容和雜散電感對電路有很大影響. 在低頻電路中, 這些雜散參數對電路的效能影響很小. 隨著頻率的新增, 雜散參數的影響變得更大. 在早期VHF波段電視接收機的高頻磁頭和通信接收機的前端電路中, 雜散電容的影響非常大，囙此不再需要添加額外的電容器.

此外，電路在射頻條件下具有趨膚效應。 與直流電不同，在直流條件下，電流在整個導體中流動，而在高頻條件下，電流在導體表面流動。 囙此，高頻交流電阻大於直流電阻。

高頻電路中的另一個問題是電磁輻射效應。 隨著頻率的新增，當波長與電路大小12相當時，電路將變為散熱器。 此時，電路之間以及電路與外部環境之間會發生各種耦合效應，導致許多干擾問題。

射頻電路板設計, like electromagnetic interference (EMI), 一直是工程師最難控制的部分. 雖然在設計 射頻電路板, 在設計 射頻電路板. 下麵將討論與 射頻電路板。

五大經驗總結

1、射頻電路佈局原則

設計射頻佈局時，必須首先滿足以下一般原則：

(1) Separate 這個 高功率射頻 amplifier (HPA) and the low-noise amplifier (LNA) as much as possible. 簡單地說, 保留 高功率射頻 transmitter circuit away from the low-power RF receiver circuit;

(2) Ensure that there is at least a whole piece of ground in the high-power area of the PCB板, 最好沒有過孔. 當然, 銅箔面積越大, 更好；

（3.）晶片和電源的去耦也非常重要；

（4.）射頻輸出通常需要遠離射頻輸入；

（5）敏感類比信號應盡可能遠離高速數位信號和射頻訊號；

物理分區、電力分區設計分區

物理分區主要涉及組件佈局、方向和遮罩等問題； 電力分區可以繼續分解為配電分區、射頻佈線分區、敏感電路和訊號分區以及接地分區。

1、物理分區問題

組件的佈局顯示了射頻設計的質量。 最有效的科技是將組件固定在射頻路徑上，並調整其方向，以最小化射頻路徑的長度，使輸入遠離輸出，並盡可能將高功率電路和低功率電路接地分離。

最有效的電路板堆疊方法是將主接地板（主接地）佈置在表層下方的第二層上，並盡可能在表層上佈線射頻線。 最小化射頻路徑上的通孔尺寸不僅可以减少路徑電感，還可以减少主接地上的虛擬焊點，並减少射頻能量洩漏到層壓板中其他區域的機會。

2、射頻接線原理

射頻和中頻記錄道應盡可能交叉，並盡可能隔開。 正確的射頻路徑對整個PCB板的效能非常重要，這就是為什麼組件佈局通常在行动电话PCB板上。 在設計中占大多數時間的原因。 在手機PCB板設計中，通常低雜訊放大器電路可以放置在PCB板的一側，高功率放大器放置在另一側，最後通過雙工器連接到同一側的射頻端和基帶處理。 在設備末端的天線上。 需要一些技巧來確保直通孔不會將射頻能量從電路板的一側轉移到另一側。 一種常見的方法是在兩側使用盲孔。 通過將直通孔佈置在PCB板兩側沒有射頻干擾的區域，可以將直通孔的不利影響降至最低。

有時，無法確保多個電路塊之間的充分隔離。 在這種情況下，有必要考慮使用金屬遮罩來遮罩射頻區域中的射頻能量。 金屬遮罩必須焊接到地面上，並且必須與部件保持在一起。 適當的距離，囙此需要在PCB板上佔用寶貴的空間。 盡可能確保遮罩蓋的完整性非常重要。 進入金屬遮罩罩的數位信號線應盡可能深入內層，佈線層下方的PCB層最好為接地層。 射頻訊號線可以從金屬遮罩底部的小間隙和接地間隙處的佈線層引出，但在間隙周圍盡可能多的接地，不同層上的接地可以通過多個通孔連接在一起。

3、晶片與電源去耦

許多帶有集成線性電路的射頻晶片對功率雜訊非常敏感。 通常，每個晶片需要使用多達四個電容器和一個隔離電感器，以確保過濾掉所有電源雜訊。 集成電路或放大器通常具有開漏輸出，囙此需要上拉電感器來提供高阻抗射頻負載和低阻抗直流電源。 同樣的原理也適用於此電感器側的電源去耦。

有些晶片需要多個電源才能工作，囙此您可能需要兩到3組電容器和電感器來將它們分開。 電感器很少並聯在一起，因為這將形成一個空心變壓器，並引起相互干擾。 訊號，所以它們之間的距離必須至少等於其中一個設備的高度，或者以直角排列，以最小化它們的互感。

4、電力分區原則

電力分區的原理與物理分區的原理大致相同，但也包含一些其他因素。 手機的某些部件使用不同的工作電壓，並由軟件控制以延長電池壽命。 這意味著手機需要運行多個電源，這給隔離帶來了更多問題。

電源通常從連接器引入，並立即解耦以濾除電路板外部的任何雜訊，然後通過一組開關或調節器進行分配。 行动电话PCB板上大多數電路的直流電流都很小，所以跡線寬度通常不是問題。 但是，必須為大功率放大器的電源單獨佈線盡可能寬的大電流線路，以將傳輸電壓降降降至最低。 為了避免過多的電流損耗，需要多個過孔將電流從一層傳輸到另一層。 此外，如果不能在大功率放大器的電源引脚處完全解耦，高功率雜訊將輻射到整個電路板，並導致各種問題。

大功率放大器的接地至關重要，通常需要為其設計一個金屬遮罩。 在大多數情况下，確保射頻輸出遠離射頻輸入也是至關重要的。 這也適用於放大器、緩衝器和濾波器。 在最壞的情况下，如果放大器和緩衝器的輸出以適當的相位和振幅迴響給其輸入，則它們可能會發生自振盪。 在最佳情况下，它們將能够在任何溫度和電壓條件下穩定工作。

事實上，它們可能變得不穩定，並向射頻訊號添加雜訊和互調訊號。 如果射頻訊號線必須從濾波器的輸入端環回到輸出端，這可能會嚴重損壞濾波器的帶通特性。 為了在輸入和輸出之間獲得良好的隔離，必須首先在濾波器周圍鋪設接地，然後在濾波器的下層區域鋪設接地，並連接到濾波器周圍的主接地。 這也是一種使需要通過濾波器的訊號線盡可能遠離濾波器引脚的好方法。

此外，整個電路板上各個地方的接地必須非常小心，否則會引入耦合通道。 有時，您可以選擇使用單端或平衡射頻訊號線。 交叉干擾和EMC/EMI原則也適用於此處。 如果正確佈線，平衡的射頻訊號線可以减少雜訊和交叉干擾，但它們的阻抗通常很高，必須保持合理的線寬，以獲得匹配的信號源、跟踪和負載阻抗。 實際接線可能會有一些困難。 緩衝器可以用來改善隔離效果，因為它可以將相同的訊號分成兩部分並用於驅動不同的電路，特別是本地振盪器可能需要緩衝器來驅動多個混頻器。

當混頻器在射頻頻率達到共模隔離狀態時，它將無法正常工作。 緩衝器可以很好地隔離不同頻率下的阻抗變化，從而使電路不會相互干擾。 緩衝區對設計非常有幫助。 它們可以跟隨需要驅動的電路，囙此高功率輸出軌跡非常短。 由於緩衝器的輸入信號電平相對較低，它們不容易干擾板上的其他訊號。 電路產生干擾。 壓控振盪器（VCO）可以將不同的電壓轉換為不同的頻率。 此功能用於高速通道切換，但它們也將控制電壓上的跟踪雜訊轉換為微小的頻率變化，從而使射頻訊號新增雜訊。

5、解决譟音問題

首先，控制線的預期頻寬可能在DC到2MHz之間，幾乎不可能通過濾波去除如此寬的雜訊頻帶； 其次，VCO控制線路通常是控制頻率的迴響回路的一部分。 雜訊可能無處不在，囙此必須非常小心地處理VCO控制線路。 確保射頻記錄道下方的接地牢固，所有組件均牢固連接至主接地，並與可能導致雜訊的其他記錄道隔離。

此外，有必要確保VCO的電源已充分解耦。 由於VCO的射頻輸出通常是相對較高的電平，VCO輸出信號很容易干擾其他電路，囙此必須特別注意VCO。 事實上，VCO通常放置在射頻區域的末端，有時需要金屬遮罩。 諧振電路（一個用於發射機，另一個用於接收機）與VCO有關，但它也有自己的特點。 簡而言之，諧振電路是一個帶有電容二極體的並聯諧振電路，它有助於設定VCO的工作頻率，並將語音或數據調製為射頻訊號。 所有VCO設計原則也適用於諧振電路。 由於諧振電路包含相當多的元件，在電路板上有很寬的分佈區域，並且通常在很高的射頻頻率下運行，囙此諧振電路通常對雜訊非常敏感。

訊號通常佈置在晶片的相鄰管脚上，但這些訊號管脚需要與相對較大的電感器和電容器一起工作，這反過來又要求這些電感器和電容器非常靠近，並連接回對雜訊敏感的控制回路上。 要做到這一點並不容易。

自動增益控制（AGC）放大器也容易出現問題。 發送和接收電路都將配備AGC放大器。 AGC放大器通常可以有效地濾除雜訊，但由於手機具有處理發送和接收信號強度快速變化的能力，AGC電路需要有相當寬的頻寬，這使得在一些關鍵電路上引入AGC放大器很容易產生雜訊。 AGC電路的設計必須遵循良好的類比電路設計科技，這與運算放大器輸入引脚短和迴響路徑短有關，兩者都必須遠離射頻、中頻或高速數位信號跟踪。

同樣，良好的接地也很重要，晶片的電源必須很好地解耦。 如果需要在輸入端或輸出端運行一條長導線，最好在輸出端運行。 通常，輸出端的阻抗要低得多，不容易產生雜訊。 通常，信號電平越高，就越容易將雜訊引入其他電路。

In all PCB 設計s, 一般原則是儘量使數位電路遠離類比電路, 它也適用於 射頻PCB 設計. 通用類比接地和遮罩和分離訊號線的接地通常同等重要. 因此, 在設計的早期階段, 精心策劃, 考慮周全的組件佈局, 全面的佈局評估都非常重要, 射頻電路也應遠離類比線路和一些非常關鍵的數位信號. 所有射頻記錄道, 焊盤和部件應盡可能用接地銅填充，並盡可能與主接地相連. 如果射頻跟踪必須通過訊號線, 試著沿著它們之間的射頻跡線將一層接地連接到主接地. 如果不可能, 確保它們是交叉的. 這將電容耦合降至最低. 同時, 在每個射頻跡線周圍放置盡可能多的接地，並將其連接到主接地.

此外，最小化平行射頻跡線之間的距離可以最小化電感耦合。 當實體地平面直接放置在表面下方的第一層上時，隔離效果最好，儘管其他謹慎設計的方法也可以。 在PCB板的每一層上，放置盡可能多的接地並將其連接到主接地。 將記錄道盡可能靠近放置，以新增內部訊號層和配電層的繪圖數量，並適當調整記錄道，以便可以將接地連接過孔排列到表面上的隔離繪圖。 PCB各層應避免自由接地，因為它們可以像小天線一樣拾取或注入雜訊。 在大多數情况下，如果你不能將它們連接到主地，那麼你最好將它們移除。

PCB板設計應注意幾個方面

1、電源、地線處理

即使整個PCB板中的佈線完成得很好，由於電源和地線考慮不當造成的干擾也會降低產品的效能，有時甚至影響產品的成功率。 囙此，必須重視電線和地線的佈線，儘量減少電線和地線產生的雜訊干擾，以確保產品品質。 從事電子產品設計的每一位工程師都瞭解地線和電源線之間雜訊的原因，現在只描述了降低雜訊的抑制：

（1）眾所周知，在電源和接地之間添加去耦電容器。

（2）儘量加寬電源線和地線的寬度，最好地線比電源線寬，它們之間的關係是：地線>電源線>訊號線，通常訊號線寬度為：0.20.3mm，最薄的寬度可達0.050.07mm，電源線為1.22.5mm。 對於數位電路的PCB，可以使用較寬的接地線形成回路，即形成要使用的接地網（類比電路的接地不能以這種管道使用）

（3）使用大面積銅層作為地線，並將印刷電路板上未使用的地方作為地線連接到地面。 也可以做成多層板，電源和地線各占一層。

數位電路與類比電路的公共接地處理

許多PCB不再是單功能電路（數位或類比電路），而是由數位和類比電路的混合組成。 囙此，佈線時必須考慮它們之間的相互干擾，尤其是地線上的雜訊干擾。 數位電路頻率高，類比電路靈敏度强。 對於訊號線，高頻訊號線應盡可能遠離敏感的類比電路設備。 對於地線，整個PCB只有一個到外部世界的節點，囙此必須在PCB內部處理數位和類比公共接地的問題，而數位接地和類比接地實際上是在板內分開的，它們沒有相互連接，而是在連接PCB到外部世界的介面處（如插頭等）。 數位接地和類比接地之間存在短路連接。 請注意，只有一個連接點。 PCB上也有非公共接地，這取決於系統設計。

3、訊號線敷設在電（地）層

在多層印製板佈線中，由於訊號線層中沒有太多未鋪設的導線，新增更多層會造成浪費，新增生產工作量，成本也會相應新增。 要解决這一衝突，可以考慮在電力（接地）層上佈線。 應首先考慮電源層，其次考慮地面層。 因為最好保持地層的完整性。

4、大面積導線連接脚的處理

在大面積接地（電）中，公共部件的支腿與之相連。 連接腿的處理需要綜合考慮。 在電力效能方面，最好將部件支腿的焊盤連接到銅表面。 構件的焊接和組裝存在一些不良隱患，如：1。 焊接需要大功率加熱器。 2、容易產生虛焊。 囙此，電力效能和工藝要求都被製成交叉圖案焊盤，稱為隔熱板，通常稱為熱焊盤（thermal Pad（thermal）），囙此在焊接過程中，由於橫截面熱量過大，可能會產生虛擬焊點。 性大大减少。 多層板的電源（接地）腿的處理是相同的。

5、網路系統在佈線中的作用

在許多CAD系統中，佈線由網路系統决定。 網格太密集，路徑新增，但步長太小，欄位中的數據量太大。 這必然對設備的存儲空間有更高的要求，也對基於電腦的電子產品的計算速度有更高的要求。 影響力巨大。 某些路徑無效，例如被部件支腿的襯墊或安裝孔和固定孔佔用的路徑。 過於稀疏的網格和過少的通道對分佈率有很大影響。 囙此，必須有一個間距合理的電網系統來支持佈線。 標準構件支腿之間的距離為0.1英寸（2.54mm），囙此網格系統的基礎通常設定為0.1英寸（2.54 mm）或小於0.1英寸的整數倍，例如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

4, 高頻PCB 設計技巧和方法

1、傳輸線轉角應為45°，以减少回波損耗

2、採用高性能絕緣電路板，絕緣常數嚴格按等級控制。 這種方法有助於有效管理絕緣材料與相鄰接線之間的電磁場。

3、完善與高精度蝕刻相關的PCB設計規範。 有必要考慮規定線寬的總誤差為+/-0.0007英寸，應管理接線形狀的咬邊和橫截面，並應規定接線側壁的電鍍條件。 佈線（導線）幾何形狀和塗層表面的全面管理對於解决與微波頻率相關的趨膚效應問題並實現這些規範非常重要。

4、突出的引線有抽頭電感，避免使用帶引線的元件。 在高頻環境中，最好使用表面貼裝組件。

5、對於訊號過孔，避免在敏感板上使用過孔處理（pth）工藝，因為該工藝會在過孔處產生引線電感。

6、提供豐富的地平面。 使用模制孔連接這些接地板，以防止3D電磁場影響電路板。

7、選擇化學鍍鎳或浸沒鍍金工藝時，不得使用HASL法進行電鍍。

8、阻焊膜可防止錫膏流動。 然而，由於厚度的不確定性和絕緣效能的未知性，電路板的整個表面都覆蓋著阻焊資料，這將導致微帶設計中電磁能量的巨大變化。 通常，焊料阻擋層用作焊料掩模的電磁場。

在這種情況下，我們管理從微帶到同軸電纜的轉換。 在同軸電纜中，接地層為交織環形且間距均勻。 在微帶中，接地板位於有源線下方。 這引入了某些邊緣效應，在設計過程中需要理解、預測和考慮這些效應。 當然，這種不匹配也會導致回波損耗，必須儘量減少這種不匹配，以避免雜訊和訊號干擾。

5、電磁相容性設計

電磁相容性是指電子設備在各種電磁環境中協調有效地工作的能力。 電磁相容性設計的目的是使電子設備能够抑制各種外部干擾，使電子設備能够在特定的電磁環境中正常工作，同時减少電子設備本身對其他電子設備的電磁干擾。

1、選擇合理的線寬

由於印刷線路上的瞬態電流產生的衝擊干擾主要由印刷線路的電感引起，囙此印刷線路的電感應最小化。 印刷導線的電感與長度成正比，與寬度成反比，囙此短而精密的導線有利於抑制干擾。 時鐘引線、row驅動器或匯流排驅動器的訊號線通常攜帶較大的瞬態電流，並且印刷線應盡可能短。 對於分立元件電路，當印製線寬度約為1.5mm時，完全可以滿足要求； 對於集成電路，印刷線寬度可在0.2mm和1.0mm之間選擇。

2、採用正確的接線策略

採用等徑佈線可以减小導線的電感，但導線之間的互感和分佈電容會新增。 如果佈局允許，最好使用網格狀佈線結構。 具體方法是將印製板的一側水准佈線，另一側水准佈線。 然後在交叉孔處連接金屬化孔。

3、有效抑制串擾

為了抑制印刷電路板導體之間的串擾，在設計佈線時，應儘量避免長距離等距離佈線，儘量延長導線之間的距離，儘量不要將訊號線與地線和電源線交叉。 在一些對干擾非常敏感的訊號線之間設定接地列印線可以有效抑制串擾。

4、避免電磁輻射的接線點

為了避免高頻訊號通過印刷線路時產生電磁輻射，在印刷電路板佈線時還應注意以下幾點：

（1）儘量減少印刷線路的不連續性。 例如，導線的寬度不應突然改變，導線的角應大於90度，以禁止環形佈線。

（2）時鐘訊號引線最有可能產生電磁輻射干擾。 佈線時，導線應靠近接地回路，驅動器應靠近接頭。

（3）公交車司機應靠近要駕駛的公交車。 對於那些離開印刷電路板的導線，驅動器應靠近連接器。

（4）數据總線的接線應在每兩根訊號線之間夾一根訊號地線。 最好將接地回路放在最不重要的地址引線旁邊，因為後者通常攜帶高頻電流。

5、抑制反射干擾

為了抑制出現在印刷線路終端的反射干擾，除了特殊需要外，印刷線路的長度應盡可能縮短，並應使用慢電路。 必要時可以添加端子匹配，即在傳輸線的末端添加一個相同電阻的匹配電阻器到接地和電源端子。 根據經驗，對於一般更快的TTL電路，當印刷線路長度超過10cm時，應採取端子匹配措施。 匹配電阻的電阻值應根據集成電路的輸出驅動電流和吸收電流的最大值來確定。

6、在電路板設計過程中採用差分訊號線佈線策略

佈線非常緊密的差分訊號對也將彼此緊密耦合。 這種相互耦合將减少EMI發射。 通常（當然也有一些例外）差分訊號也是高速訊號，囙此通常採用高速設計規則。 這對於差分訊號的路由尤其如此，尤其是在為傳輸線設計訊號線時。 這意味著我們必須仔細設計訊號線的佈線，以確保訊號線的特性阻抗沿訊號線連續且恒定。

在差分對的佈局和佈線過程中，我們希望差分對中的兩條PCB線完全相同。 這意味著在實際應用中，應盡最大努力確保差分對中的PCB線具有完全相同的阻抗，並且佈線長度完全相同。 差分PCB線通常成對佈線，它們之間的距離線上對方向的任何位置都保持不變。 在正常情况下，差分對的放置和佈線總是盡可能接近。