PCB新聞 - 設計射頻電路板和專有技術

設計 射頻電路板 and Knowhow

Successful RF 印刷電路板設計 在整個設計過程中必須注意每個步驟和細節, 這意味著在設計之初必須進行徹底而仔細的規劃, 必須全面、持續地評估每個設計步驟的進度. 這種細緻的設計技巧是大多數國內電子企業文化所缺乏的.

近年來，由於藍牙設備、無線局域網設備和手機的需求和增長，運營商越來越重視射頻電路設計技巧。 從過去到現在，射頻電路板的設計，如電磁干擾（EMI），一直是工程師最難控制的部分，甚至是一場噩夢。 如果你想一次成功地設計，你必須仔細計畫，並注意細節提前工作。

射頻（RF）電路板設計通常被描述為“黑色藝術”，因為理論上存在許多不確定性。 然而，這只是部分報導的觀點。 在射頻電路板設計中仍然有許多規則可以遵循。 然而，在實際設計中，真正實用的技巧是當這些定律由於各種限制而無法實現時，如何折衷它們。 重要的射頻設計主題包括阻抗和阻抗匹配、絕緣層資料和層壓板、波長和諧波等。本文將重點討論與射頻電路板分區設計相關的各種問題。

類型 微通孔

上具有不同内容的電路 印刷電路板必須分開, 但它們必須在沒有電磁干擾的最佳條件下連接, 這需要使用微通孔. 通常地, 微通孔的直徑為0.05mm至0.20毫米. 這些過孔通常分為3類, 即盲通孔, bury via和through via. 盲孔位於 印刷電路板 並且有一定的深度. 它用於下麵的表面電路和內部電路之間的連接. The depth of the hole usually does not exceed a certain ratio (aperture). 埋孔是指位於筦道內層的連接孔 印刷電路板, 不會延伸到 印刷電路板. 上述兩種類型的孔位於電路板的內層. 它們在層壓之前通過通孔成型工藝完成. 在形成通孔的過程中，幾個內層可能重疊. 第3個是通孔, 穿過整個電路板，可用於實現內部互連或作為元件的粘接定位孔.

使用分區科技

在設計射頻電路板時，應盡可能隔離高功率射頻放大器（HPA）和低雜訊放大器（LNA）。 總之，高功率射頻發射電路應遠離低雜訊接收電路。 如果印刷電路板上有很多空間，這可以很容易地完成。 然而，當有許多組件時，印刷電路板空間將變得非常小，囙此很難實現。 您可以將它們放置在印刷電路板的兩側，或者讓它們交替工作，而不是同時工作。 高功率電路還可以包括射頻緩衝器和壓控振盪器（VCO）。

設計分區可分為物理分區和電力分區。 物理分區主要涉及零部件的佈局、方向和遮罩； 電力分區可繼續分為配電、射頻佈線、敏感電路和訊號、接地等分區。

實體分區

組成部分 佈局是優秀射頻設計的關鍵. 最有效的科技是首先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. 並使射頻輸入遠離射頻輸出, 並盡可能遠離大功率電路和低雜訊電路.

最有效的電路板堆疊方法是將主接地佈置在表層下方的第二層，並盡可能在表層上走射頻線。 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假焊點，並减少射頻能量洩漏到層壓板中其他區域的機會。

在物理空間中，諸如多級放大器之類的線性電路通常足以將多個射頻區域彼此隔離，但雙工器、混頻器和中頻放大器始終具有多個相互干擾的射頻/中頻訊號，囙此必須小心地將這種影響降到最低。 射頻和中頻接線應盡可能交叉，並盡可能在它們之間隔開接地區域。 正確的射頻路徑對整個印刷電路板的效能非常重要，這就是為什麼在手機印刷電路板的設計中，元件佈局通常佔用大部分時間。

在手機上 印刷電路板, 通常可以將低雜訊放大器電路放置在 印刷電路板 另一邊是高功率放大器, 最後通過雙工器將它們連接到射頻天線的一端和同一側基帶處理器的另一端. 這需要一些技能來確保射頻能量不會通過過孔從電路板的一側轉移到另一側. 常見的科技是在兩側使用盲孔. 通過在筦道兩側的區域內設定盲孔 印刷電路板 不受射頻干擾, 可將通孔的不利影響降至最低.

金屬遮罩

有時, 在多個電路塊之間不可能保持足够的間隔. 在這種情況下, 必須考慮使用金屬遮罩來遮罩射頻區域中的射頻能量, 但是金屬遮罩也有副作用, 例如高 印刷電路板製造 cost and 印刷電路板組件 cost.

不規則金屬遮罩在製造中難以保證高精度，矩形或方形金屬遮罩限制了零部件的佈局； 金屬遮罩不利於部件更換和故障移位； 由於金屬遮罩必須焊接在地面上，並且必須與組件保持適當的距離，囙此需要佔用寶貴的印刷電路板空間。

盡可能確保金屬遮罩的完整性非常重要, 囙此，進入金屬遮罩層的數位信號線應盡可能穿過內層, 最好將訊號線層的下一層設定為接地層. 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佈線, 但間隙的週邊應盡可能被大的接地區域包圍. 不同訊號層上的接地可以通過 多通孔 s.

儘管存在這些缺點，但金屬遮罩仍然非常有效，通常是隔離關鍵電路的唯一解決方案。

功率去耦電路

此外，一個合適有效的晶片功率解耦電路也非常重要。 許多與線性線路集成的射頻晶片對電源雜訊非常敏感。 通常，每個晶片需要多達四個電容器和一個隔離電感來濾除所有電源雜訊。

最小電容通常取決於電容器本身的諧振頻率和引脚電感，並相應地選擇C4值。 由於C3和C2各自的引脚電感，其值相對較大，囙此射頻去耦效果較差，但更適合濾波低頻雜訊訊號。 射頻去耦由電感L1完成，這使得射頻訊號無法從電源線耦合到晶片。 由於所有接線都是一個潜在的天線，可以接收和傳輸射頻訊號，囙此有必要將射頻訊號與關鍵線路和部件隔離。

這些解耦組件的物理位置通常也很關鍵。 這些重要部件的佈局原則是：C4應盡可能靠近IC引脚並接地，C3必須最接近C4，C2必須最接近C3，IC引脚和C4之間的連接路徑應盡可能短。 這些組件（尤其是C4）的接地端子通常應通過板下的第一接地層連接到晶片接地引脚。 將元件連接到接地層的通孔應盡可能靠近印刷電路板上的元件焊盤。 最好使用在焊盤上打孔的盲孔來最小化連接線的電感，電感L1應接近C1。

一 集成電路 or放大器通常具有集電極開路輸出, 囙此，需要一個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該電感器電源端的去耦. 一些晶片需要多個電源才能工作, 囙此，可能需要兩組或3組電容器和電感器來分別將其解耦. 如果晶片周圍沒有足够的空間, 解耦效果可能較差.

特別是，應注意的是，電感器很少並聯在一起，因為這將形成一個空心變壓器，並相互感應干擾訊號。 囙此，它們之間的距離應至少等於其中一個的高度，或以直角排列以最小化互感。

電力分區

電力分區原則上與物理分區相同，但也包括一些其他因素。 現代手機的某些部分使用不同的工作電壓，並由軟件控制，以延長電池的使用壽命。 這意味著手機需要有多個電源，這會產生更多的隔離問題。 電源通常由連接器引入，並立即解耦以濾除電路板外部的任何雜訊，然後在通過一組開關或線性調節器後進行分配。

在手機中, 大多數電路的直流電流很小, 囙此，佈線寬度通常不是問題. 然而, a large current line as wide 盡可能 must be designed separately for the power supply of high-power amplifier to minimize the transient voltage drop during transmission. 為了避免過多的電流損耗, 多通孔需要使用s將電流從一層轉移到另一層. 此外, 如果不能在高功率放大器的功率引脚處完全解耦, 高功率雜訊將輻射到整個系統 印刷電路板 帶來各種各樣的問題. 大功率放大器的接地非常重要, 通常需要為其設計一個金屬遮罩.