PCB部落格 - 手機PCB板設計射頻佈局技巧

手機功能的新增需要更多 電路板 設計. 隨著藍牙設備的出現, 手機和3G, 射頻電路設計科技越來越受到工程師們的重視. 由於理論上的不確定性，射頻板設計通常被描述為“黑色藝術”, 但這種觀點只是部分正確. 射頻板設計有許多可以遵循的規則和不應忽視的規則. 然而, 在實際設計中, 真正有用的科技是，當由於各種設計約束而無法精確實現這些原則和定律時，如何折衷這些原則和定律. 當然, 有許多重要的射頻設計主題值得討論, 包括阻抗和阻抗匹配, 絕緣層資料和層壓板, 以及波長和駐波, 囙此，這些對行动电话的EMC和EMI有很大的影響. 以下總結了設計手機射頻佈局時必須滿足的條件 PCB板：

1、盡可能隔離高功率射頻放大器（HPA）和低雜訊放大器（LNA），簡而言之，就是讓高功率射頻發射電路遠離低功率射頻接收電路。 手機功能比較多，元件很多，但PCB空間小，考慮到設計過程中佈線的限制，所有這些對設計技能的要求都比較高。 此時，您可能需要設計四到六個PCB層來交替工作，而不是同時工作。 高功率電路有時也可能包括射頻緩衝器和壓控振盪器（VCO）。 確保PCB上至少有一整層高功率區域沒有孔洞。 當然，銅皮越多越好。 敏感類比信號應盡可能遠離高速數位信號和射頻訊號。

2.、設計分區可分為物理分區和電力分區。 物理分區主要涉及組件佈局、方向和遮罩等。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。

2.1我們討論物理分區。 組件佈局是實現射頻設計的關鍵。 有效的科技是首先將組件固定在射頻路徑上，並對其進行定向，以便將射頻路徑的長度减少到使輸入遠離輸出，並盡可能分離高功率和低功率電路。 堆疊電路板的有效方法是將主底層（主地面）放置在表面下方的第二層上，並盡可能在表面上放置射頻線。 减小射頻路徑中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以及射頻能量洩漏到層壓板內其他區域的機會。 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/混頻器始終具有多個相互干擾的射頻/中頻訊號，囙此必須小心地將此影響降低到。

2.2 RF和IF應盡可能交叉，並盡可能分開. 正確的射頻路徑對整個PCB的效能非常重要, 這就是為什麼在移動PCB設計中，元件佈局通常佔用大部分時間. 在手機PCB設計中, 通常可以將低雜訊放大器電路放置在PCB的一側，將高功率放大器放置在另一側, 並最終通過鏟鬥將其連接到同一側的射頻和基帶處理器天線. 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, 一種常見的科技是在兩側使用盲孔. 通過在PCB兩側沒有射頻干擾的區域佈置直通孔，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，必須考慮使用金屬遮罩來遮罩射頻區域內的射頻能量. 金屬遮罩必須安裝在地面上，並與部件保持合理距離, 從而佔用寶貴的PCB空間. 盡可能確保遮罩蓋的完整性非常重要. 進入金屬遮罩蓋的數位信號線應盡可能穿過內層, 佈線層下麵的PCB層是層. 射頻訊號線可以從金屬遮罩蓋底部的小間隙和該間隙的佈線層中引出, 但周圍的差距，盡可能地布一些地面, 不同層上的接地可以通過多個孔連接.

2.3適當有效的晶片功率解耦也非常重要。 許多具有集成線性電路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，以確保所有電源雜訊都被過濾掉。 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電感端的電源去耦。 有些晶片需要更大的功率才能工作，所以可能需要兩到3組電容和電感來分別對它們進行去耦，少數電感並聯在一起，因為這會形成管狀變壓器和互感器的干擾訊號，所以它們之間的距離必須至少等於其中一個器件的高度，或者與互感器成直角。

2.4電力分區的原則通常與物理分區相同，但還包括一些其他因素。 手機的某些部分在不同的電壓下工作，並由軟件控制以延長電池壽命。 這意味著手機需要在多個電源上運行，這給隔離帶來了更多問題。 電源通常從連接器引入，立即解耦以濾除來自電路板外部的任何雜訊，然後通過一組開關或調節器分配。 手機PCB上大多數電路的直流電流相當小，囙此佈線寬度通常不是問題，但是，必須為高功率放大器的電源運行一條盡可能寬的單獨的高電流線路，以减少傳輸電壓降。為了避免過多的電流損失，使用多個孔將電流從一層傳輸到另一層。 此外，如果在高功率放大器的功率引脚端沒有充分解耦，高功率雜訊將輻射到整個電路板，並帶來各種問題。 高功率放大器的接地至關重要，通常需要設計金屬遮罩。 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。 在壞的情况下，如果放大器和緩衝器的輸出以正確的相位和幅度迴響到其輸入，則它們會產生自激振盪。 在這種情況下，它們將能够在任何溫度和電壓條件下穩定運行。 事實上，它們可能變得不穩定，並向射頻訊號中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回繞到輸出，這會嚴重損害濾波器的帶通特性。 為了實現輸入和輸出的良好隔離，必須首先在濾波器周圍放置場，然後在濾波器的下部區域放置場，並連接到濾波器周圍的主接地。 將需要穿過濾波器的訊號線放置在盡可能遠離濾波器引脚的位置也是一個好主意。 此外，整個電路板的接地必須非常小心，否則會引入耦合通道。 有時，您可以選擇運行單端或平衡射頻訊號線，交叉干擾和EMC/EMI的原則也適用於此。 如果正確佈線，平衡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，通過保持合理的線寬來獲得與信號源、佈線和負載匹配的阻抗，實際佈線可能有些困難。 緩衝器可以用來提高隔離度，因為它們可以將相同的訊號分成兩部分，並用於驅動不同的電路，特別是當本地振盪器可能需要緩衝器來驅動多個混頻器時。 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。 緩衝器能够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。 緩衝器對設計有很大幫助，因為它們可以靠近需要驅動的電路，使高功率輸出線非常短。 由於緩衝器的輸入信號電平較低，囙此它們不太可能干擾電路板上的其他電路。 壓控振盪器（VCO）將不同的電壓轉換為不同的頻率，這是一種用於高速通道切換的功能，但它們也將控制電壓上的微量雜訊轉換為微小的頻率變化，這會給射頻訊號新增雜訊。

2.5為確保雜訊不新增，必須考慮以下幾個方面：首先，控制線的預期頻寬範圍可能從直流到2MHz，通過濾波幾乎不可能消除這種寬帶的雜訊； 其次，壓控振盪器控制線路通常是控制頻率的迴響回路的一部分，它可能在許多地方引入雜訊，囙此必須小心處理壓控振盪器控制線路。 確保射頻地板牢固，所有組件均牢固連接至主地板，並與可能引起譟音的其他電線隔離。 此外，為了確保壓控振盪器的電源充分解耦，必須特別注意壓控振盪器，因為其射頻輸出往往處於相對較高的水准，並且壓控振盪器輸出信號很容易干擾其他電路。 事實上，壓控振盪器通常放置在射頻區的末端，有時需要金屬遮罩。 諧振電路（一個用於發射器，另一個用於接收器）與壓控振盪器相關，但具有各自的特點。 簡而言之，諧振電路是一種帶有電容二極體的並聯諧振電路，有助於設定壓控振盪器的工作頻率，並將語音或數據調製為射頻訊號。 所有壓控振盪器設計原則也適用於諧振電路。 諧振電路通常對雜訊非常敏感，因為它們包含大量元件，在電路板上具有廣泛的分佈區域，並且通常在高射頻頻率下工作。 訊號通常佈置在晶片的相鄰管脚上，但這些管脚需要與相對較大的電感器和電容器配對才能工作，這反過來又要求這些電感器和電容器靠近放置，並連接回雜訊敏感的控制回路。 要做到這一點並不容易。 自動增益控制（AGC）放大器也是發射和接收電路中的一個問題點。 AGC放大器通常能有效濾除雜訊，但行动电话處理傳輸和接收信號強度快速變化的能力要求AGC電路具有相當寬的頻寬，這使得某些關鍵電路上的AGC放大器很容易引入雜訊。 AGC線路的設計必須遵循良好的類比電路設計科技，這與極短的運算放大器輸入引脚和極短的迴響路徑有關，兩者都必須遠離射頻、中頻或高速數位信號佈線。 良好的接地也很重要，晶片的電源必須良好解耦。 如果你必須在輸入端或輸出端走一條長線，那麼它就在輸出端，那裡的阻抗通常要低得多，並且不太容易受到雜訊的影響。 通常，信號電平越高，越容易將雜訊引入其他電路。 在所有PCB設計中，一般原則是盡可能使數位電路遠離類比電路，這也適用於RF PCB設計。 公眾類比並用於遮罩和分離訊號線通常同樣重要，在早期設計階段，囙此，仔細規劃和周到的組件佈局並完成佈局評估非常重要，還應使射頻電路遠離類比電路和一些必要的數位信號，以及所有的射頻電纜， 焊接板和部件周圍應盡可能填滿接地銅片，並盡可能與主接線。 如果射頻電纜必須穿過訊號電纜，請嘗試沿連接到主接地的射頻電纜在它們之間鋪設一層接地。 如果不可能，請確保它們交叉，從而將電容耦合降至最低，同時在每條射頻線周圍放置盡可能多的接地，並將其連接到主接地。 此外，减少平行射頻線之間的距離可以减少感知耦合。當直接放置在地面下方時，整個堅實的底層可以隔離影響，儘管也可以謹慎使用其他設計方法。 在PCB的每一層上覆蓋盡可能多的地面，並將其連接到主地板。 盡可能多地將接線放在一起，以新增內部訊號層和配電層中的塊數，並調整接線，以便可以將接地連接孔放入表面上的隔離塊中。 PCB層上應避免自由接地，因為它們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接地，那麼你就把它們取出來。

3、手機PCB板的設計應注意以下幾個方面

3.1 Processing of 電源 and ground wire

即使整個PCB板中的佈線完成得很好，但電源和地線引起的干擾考慮得不好，產品的效能也會下降，有時甚至影響產品的成功率。 所以電、地線的佈線應認真對待，將電、地線所產生的雜訊干擾降到最低限度，以保證產品品質。 對於每一位從事電子產品設計的工程師來說，地線和電源線之間產生雜訊的原因是顯而易見的。 現在，降低的雜訊抑制僅描述如下：

（1）眾所周知，去耦電容器添加在電源和地線之間。

(2) As far as possible to widen the width of power supply, 地線比電源線寬, their relationship is: ground wire > power line > signal line, 通常訊號線寬為：0.2 ~ 0.3毫米, 精細寬度可以達到0.05 ~ 0.07毫米, 電源線為1.2 ~ 2.5毫米. 數位電路的PCB可以用作具有寬接地導體的電路, 那就是, to form a ground network for use (analog ground cannot be used this way)

(3) With a large area of copper layer as ground wire, 在印製板不使用的地方都用地線連接. 或者做成多層板, power supply, 接地線各占一層.

3.2數位電路和類比電路的公共接地處理

Many PCBS are no longer single-function circuits (digital or analog), 但是是數位和類比電路的混合. 因此, 接線時, 我們需要考慮他們之間的干擾, 尤其是地線上的雜訊干擾. 高頻數位電路的靈敏度, 類比電路, 訊號線, 高頻訊號線盡可能遠離敏感的類比設備, 對於地面, 將PCB移動到外部世界只是一個節點, 囙此必須在PCB處理範圍內, 模具有問題, 而板內的數位和類比實際上是分開的, Only in the PCB and external connection interface (such as plug, 等.). 數位接地和類比接地之間有一點短路. 請注意，只有一個連接點. PCB上也有不一致的, 取決於系統設計.

3.3訊號電纜敷設在電力（接地）層上

在多層PCB佈線中, 因為訊號線層中沒有剩餘的成品線, 再加層會造成浪費，也會新增一定的工作量, 成本也相應新增, 為了解决這一衝突, you can consider wiring in the electrical (ground) layer. 應首先考慮功率區, 第二個陣型. 因為它保持了隊形的完整性.

3.4大面積導線中連接支腿的加工

In the large area of grounding (electricity), 公共部件的支腿與之相連. 需要綜合考慮連接腿的加工. 在電力效能方面, 組件支腿的襯墊與銅表面完全連接, 但組件的焊接裝配存在一些隱患, such as: (1) the welding needs a high power heater. (2) Easy to cause virtual solder joints. 因此, 考慮電力效能和工藝需求, 製作交叉焊墊, 稱為隔熱板, 通常稱為熱, 囙此，由於焊接過程中截面過度散熱而產生虛擬焊點的可能性可以大大降低. The electrical (ground) leg of the multilayer is treated the same.

3.5網路系統在佈線中的作用

在許多CAD系統中, 接線由網路系統决定. 網格太密集, 路徑新增, 但這一步太小了, 圖形欄位的數據量太大, 這必然對設備的存儲空間有更高的要求, 而且對電腦電子產品的計算速度也有很大影響. 某些路徑無效, 例如被部件支腿的襯墊或安裝孔佔用的部件, 設定孔, 等. 太稀疏的網格和太少的路徑對分佈速率有很大影響. 因此, 有必要有一個合理密集的電網系統來支持佈線. 標準組件的支腿為0.1 inch (2.54mm) apart, 囙此，網格系統的基數通常為0.1 inch (2.54mm) or integral multiples of less than 0.1 inch (e.g. 0.05英寸, 0.025英寸, 0.02英寸, 等.).

4.hf PCB設計的科技和方法如下：

4.1輸電線路轉角應為45°角，以减少回波損耗

4.2.採用高性能絕緣線路板，嚴格按等級控制絕緣定值. 這種方法有利於有效管理絕緣材料和相鄰接線之間的電磁場.

4.3應改進用於高精度蝕刻的PCB設計規範。 考慮指定+/-0.0007英寸的匯流排寬誤差，管理接線形狀的咬邊和橫截面，並指定接線側壁電鍍條件。 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和實施這些規範非常重要。 應避免在突出導線中帶有抽頭電感的導線組件。 在高頻環境中，使用表面安裝組件。

4.5對於訊號通孔，應避免在敏感板上使用通孔加工（PTH），因為該過程可能會在通孔處產生引線電感。

4.6應提供充足的接地。 模制孔用於連接這些接地層，以防止3d電磁場影響電路板。

4.7應選擇非電解鍍鎳或浸沒鍍金，而不是HASL電鍍方法. This electroplated surface provides a better skin effect for high-frequency currents (Figure 2). 此外, 這種高度可焊接的塗層需要更少的導線, 幫助减少環境污染.

4.8阻焊層可防止錫膏流動. 然而, 由於厚度的不確定性和未知的絕緣效能, 用阻焊資料覆蓋整個板表面將導致微帶設計中電磁能量的巨大變化. 通常地, 阻焊層採用阻焊層. 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. 同軸電纜中, 地面層交錯成環狀，並均勻分佈. 在微帶中, 接地層在有源線下方. 這引入了一些需要理解的邊緣效應, 預測, 並在設計時考慮. 當然, 這種不匹配也會導致反向損耗，必須最小化以避免雜訊和訊號干擾.

5、電磁相容設計

電磁相容性是指電子設備在各種電磁環境中和諧有效地工作的能力. 電磁相容性設計的目的是使電子設備不僅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, 同時也减少了電子設備本身對其他電子設備的電磁干擾.

5.1選擇合理的導線寬度

由於印刷線路上瞬態電流引起的衝擊干擾主要由印刷導線的電感組成引起, 印刷導線的電感應最小化. 印刷導線的電感與其長度成正比，與寬度成反比, 囙此，短而精確的導線有利於抑制干擾. 時鐘引線的訊號線, 線路驅動器, 或匯流排驅動器通常攜帶大的瞬態電流, 印刷導線應盡可能短. 對於離散元件電路, 印刷線寬度約為1.5毫米, 能完全滿足要求； 對於集成電路, 印刷線寬度可在0之間選擇.2毫米和1毫米.0毫米.

5.2使用正確的佈線策略

使用等導線可以减少導線的電感, 但導線之間的互感和分佈電容新增. 如果佈局允許, 使用形狀良好的網狀佈線結構, 具體做法是印製板的一側水准佈線, 另一側垂直佈線, 然後在交叉孔處與金屬化孔連接.

5.3為了抑制PCB導線之間的串擾，在佈線設計時應盡可能避免長距離等間距佈線，導線之間的距離應盡可能延長，訊號線應盡可能不與地線和電源線交叉。 通過在一些對干擾非常敏感的訊號線之間設定連接到地面的列印線，可以有效地抑制串擾。

5.4為了避免高頻訊號通過印刷線路引起的電磁輻射，在對印刷電路板進行佈線時還應注意以下幾點：

(1) to minimize the discontinuity of printed wires, 例如，導線寬度不變, 導線轉角應大於90度，以禁止環形佈線, 等.

(2) The clock signal lead is easy to produce electromagnetic radiation interference, 線路應靠近接地電路, 駕駛員應靠近接頭.

(3) The bus driver shall be adjacent to the bus it intends to drive. 對於遠離印製板的導線, 駕駛員應靠近接頭.

（4）數据總線的佈線應包括每兩條訊號線之間的訊號地線。 環路靠近不重要的地址引線，因為後者通常攜帶高頻電流。

（5）當印製板佈置高速、中速和低速邏輯電路時，應按照圖1佈置設備。

5.5抑制反射干擾

為了抑制印刷線路末端的反射干擾, 特殊需要除外, 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, 那就是, 可以在傳輸線到地面的一端和電源端添加相同電阻值的匹配電阻. 根據經驗, 當列印線長度超過10cm時, 對於總速度較高的TTL電路，應採取端子匹配措施. 匹配電阻器的電阻應由集成電路的輸出驅動電流和吸收電流的值確定

5.6電路板設計採用差分訊號線的佈線策略

線路上的差分訊號彼此非常接近，彼此之間也會緊密耦合, 相互之間的耦合將减少EMI發射, usually (of course there are some exceptions) differential signal is high speed signal, 囙此，高速設計規則通常適用於差分訊號佈線, 特別是輸電線路的設計. 這意味著我們必須非常仔細地設計訊號線的佈線，以確保訊號線的特性阻抗在整個訊號線中是連續且恒定的. 在差分線對的佈局和佈線過程中, 我們希望差分線對中的兩條PCB線完全相同. 這意味著, 在實踐中, 應盡一切努力確保差分線對中的PCB線具有完全相同的阻抗，且接線長度完全相同. 有差別的 PCB板 線路通常成對佈線, 它們之間的距離在這對方向上的任何位置都保持不變.