PCB部落格 - 手機PCB板可靠性設計方案

射頻 PCB電路板 由於理論上的不確定性，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, 波長和駐波, 囙此，這些對行动电话的EMC和EMI有很大的影響.

1 Isolate high power RF amplifier (HPA) and low noise amplifier (LNA) as far as possible. 簡言之, 讓高功率射頻發射電路遠離低功率射頻接收電路. 手機功能更多, 很多組件, 但是 PCB板 空間很小, 考慮佈線限制的設計過程, 所有這些對設計技能的要求都相對較高. 在這一點上, 您可能需要設計四到六個PCB層來交替工作, 而不是同時進行. High power circuits may also sometimes include RF 緩衝器 and voltage controlled oscillators (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. 設計區域可分為物理區域和電力區域. 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, 射頻接線, 敏感電路和訊號, 和接地.
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，並盡可能將高功率和低功率電路分開. An efficient way to stack circuit boards is to place the main ground floor (the main ground) on the second layer below the surface, 儘量在表面上安裝射頻線. 减小射頻路徑中通孔的尺寸不僅可以降低路徑電感, 但也减少了主接地上的虛擬焊點和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, 但是雙工器, 混合器, 中頻放大器/混頻器總是有多個射頻/中頻訊號相互干擾, 囙此，必須小心地將這種影響降低到.

2.2 RF和IF應盡可能交叉, 並盡可能地在他們之間分開. 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. 盡可能確保遮罩罩的完整性非常重要. 進入金屬遮罩蓋的數位信號線應盡可能穿過內層, 和 PCB板 佈線層下方是地層. 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. 許多帶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, 所以你可能需要兩到3組電容和電感來分別解耦, 幾個電感並聯在一起, 因為這樣會形成管狀變壓器和互感器的干擾訊號, 囙此，它們之間的距離必須至少等於其中一個設備的高度, 或與互感成直角.

2.4電力分區的原則通常與物理分區相同, 但是還有其他一些因素. 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. 這意味著手機需要使用多種電源, 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進行分配. 手機PCB上大多數電路的直流電流相當小, 所以佈線寬度通常不是問題, 然而, 必須為大功率放大器的電源運行一條盡可能寬的單獨大電流線路，以將傳輸電壓降降至. 避免過多電流損耗, 多個孔用於將電流從一層轉移到另一層. 此外, 如果在高功率放大器的功率引脚端未充分解耦, 高功率雜訊會輻射到整個電路板，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, buffers, 和篩檢程式. 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，則它們可以產生自激振盪. 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, 必須首先在篩檢程式周圍鋪設一塊場地, 然後必須在濾波器的下部區域放置一個場, 並連接至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.

2.5確保譟音不新增, 必須考慮以下幾個方面：第一, 控制線的預期頻寬範圍可以是DC到2MHz, 通過濾波幾乎不可能去除這種寬帶雜訊； 第二, 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, 它可以在許多地方引入譟音, 囙此，壓控振盪器控制線路必須小心處理. 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, 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, 有時它需要一個金屬遮罩. Resonant circuits (one for the transmitter, the other for the receiver) are related to the VCO, 但有自己的特點. 簡單地說, 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，通常在高頻下工作. 訊號通常排列在晶片的相鄰引脚上, 但這些引脚需要與相對較大的電感器和電容器配對才能工作, 這反過來又需要將這些電感器和電容器緊密地放置在一起，並連接回對雜訊敏感的控制回路. 要做到這一點並不容易.

3. 在手機設計中應注意以下幾個方面 PCB板
3.1 Processing of 電源 and ground cable
Even if the wiring in 整體 PCB板 完成得很好, 但電源和地線引起的干擾沒有得到很好的考慮, 產品效能會下降, 有時甚至影響產品的成功率. 所以電力的佈線, 接地線應認真處理, 電的雜訊干擾, 地線處產生跌落極限, 為了保證產品品質. 對於每一位從事電子產品設計的工程師, 很明顯，地線和電源線之間產生譟音的原因是. 現在, the reduced noise suppression is only described as follows:
(1) It is well known that the decoupling capacitor is added between the power supply and ground wire.
(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. 這個 PCB板 數位電路可以由一個寬接地導體回路組成, 那就是, a ground network for use (analog circuit ground cannot be used in this way).
(3) with a large area of copper layer for ground, 在印製板不使用的地方都用接地作為接地. 或者做成多層板, power supply, 接地線各占一層.

3.2 Common ground processing of digital circuit and analog circuit
Many PCBS are no longer single-function circuits (digital or analog), 但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. 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, the whole PCB板 只有一個到外部世界的節點, 囙此，數位和類比公共接地問題必須在內部解决 PCB板. 在電路板內部，數位接地和類比接地實際上是相互獨立的, 僅在 PCB板 and the 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. 還有一些不常見的問題 PCB板, 這取決於系統設計.

3.3 Signal Cables Are laid on electrical (ground) layers
In the multi-layer PCB wiring, 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 Processing of connecting legs in large area conductor
In the large-area grounding (electricity), 公共部件的支腿與它們相連. 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，由於焊接段中的過度散熱而產生虛擬焊點的可能性大大降低, and the electrical connection (ground) layer leg of the multilayer board is the same.

3.5 Role of network system in cabling
In many CAD systems, 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. 高頻科技和方法 PCB板 design are as follows:
4.1 The transmission line corner shall adopt 45° Angle to reduce return loss
4.2.應使用高性能絕緣電路板，並嚴格按照等級控制絕緣常數. 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 PCB板 應改進高精度蝕刻的設計規範. 考慮指定匯流排寬誤差為++/-0.0007英寸, 管理接線形狀的咬邊和橫截面，並指定接線側壁鍍層條件. Overall management of wiring (wire) geometry and coating surfaces is important to address skin effects related to microwave frequencies and to implement these specifications.
4.4凸極引線，帶抽頭電感, 避免使用鉛組件. 在高頻環境中, 使用表面安裝組件.
4.5用於訊號通孔, 應避免在敏感板上使用PTH，因為該過程可能會在通孔處產生引線電感.
4.6應提供豐富的地層. 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.選擇非電解鍍鎳或浸沒鍍金工藝, 不要使用HASL方法進行電鍍. 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，必須將其最小化，以避免雜訊和訊號干擾 PCB板.