精密PCB製造、高頻PCB、高速PCB、標準PCB、多層PCB和PCB組裝。
射頻電路板設計有許多指導原則，可以也不應該遵循和忽略. 然而, 當涉及到實際設計時, 真正的訣竅是，當由於各種設計約束而無法準確實施這些準則和法律時，如何折衷這些準則和法律. 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, 絕緣材料和層壓板, 波長和駐波, 但本文將重點討論與射頻板分區設計相關的各種問題. 今天的手機設計以多種方式綜合了一切, 這對射頻板設計不利. 這個行業現在競爭非常激烈, 每個人都在尋找將多個功能與大小和成本集成在一起的方法. 類比, 數位的, 射頻電路都緊密地封裝在一起，只有很少的空間來分隔各自的問題區域, 出於成本考慮，層的數量通常會减少. 令人驚訝的是，一個多用途晶片可以在一個非常小的晶片上集成多種功能, 連接外部世界的引脚排列得如此緊密，以至於射頻, 如果, 類比, 數位信號非常接近, 但它們通常與電無關. 配電對設計師來說可能是一場噩夢, 電路的不同部分根據需要分時使用, 採用軟件控制的開關，以延長電池壽命. 這意味著您的手機可能需要5或6個工作電源.
射頻佈局概念
在設計射頻佈局時，必須優先考慮幾個一般原則：盡可能將高功率射頻放大器（HPA）與低雜訊放大器（LNA）隔離，簡而言之，使高功率射頻發射電路遠離低功率射頻接收電路。 如果你的PCB上有很多物理空間，你可以很容易地做到這一點，但通常情况下，由於PCB上有很多組件和更少的空間，這通常是不可能的。 您可以將它們放在PCB板的兩側，或者讓它們交替工作，而不是同時工作。 高功率電路有時也可能包括射頻緩衝器和電壓控制振盪器（VCO）。 確保在沒有過孔的PCB上的高功率區域中至少有一個完整接地。 當然，銅越多越好。 稍後，我們將討論如何根據需要打破這一設計原則，以及如何避免由此產生的問題。 晶片和電源去耦也極為重要，稍後將討論實現這一原理的幾種方法。 射頻輸出通常需要遠離射頻輸入，我們將在後面詳細討論。 敏感類比信號應盡可能遠離高速數位和射頻訊號。
如何劃分？
設計分區可以分解為物理分區和電力分區。 物理分區主要涉及組件放置、方向和遮罩等問題； 電力分區可以繼續分解為配電分區、射頻跟踪分區、敏感電路和訊號分區以及接地分區。 首先我們討論物理分區問題。 元件放置是實現射頻設計的關鍵。 一種有效的科技是首先固定位於射頻路徑上的組件，並調整其方向以最小化射頻路徑的長度，使輸入遠離輸出，並盡可能分離組件。 功率電路和低功率電路。 一種有效的電路板堆疊方法是將主接地層（主接地層）佈置在表層下方的第二層上，並盡可能在表層上運行射頻線。 减小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鬼焊點，並减少射頻能量洩漏到堆棧內其他區域的機會。 在物理空間中，像多級放大器這樣的線性電路通常足以將多個射頻區域彼此隔離，但雙工器、混頻器和如果放大器/混頻器總是有多個射頻/中頻，則訊號會相互干擾，囙此必須注意將此影響降到最低。 射頻和中頻記錄道應盡可能交叉，並盡可能在它們之間留有接地空間。 正確的射頻佈線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設計中，元件放置通常會佔用大部分時間。 在蜂窩電話PCB上，通常可以將低雜訊放大器電路放在PCB的一側，高功率放大器放在另一側，最後通過設備天線上的雙工器將它們連接到同一位置的射頻側和基帶處理。 需要一些技巧來確保直通過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過孔。 通過將直通過孔佈置在PCB兩側不受射頻干擾的區域，可以將直通過孔的有害影響降至最低。
有時無法確保多個電路塊之間的充分隔離，在這種情況下，必須考慮金屬遮罩來遮罩射頻區域中的射頻能量，但金屬遮罩也存在問題，例如其自身成本和組裝成本非常昂貴； 形狀不規則的金屬遮罩在製造過程中難以確保高精度，矩形或方形金屬遮罩限制了部件的佈局； 金屬遮罩不利於部件更換和故障定位； 由於金屬遮罩必須焊接到地面，並且必須與組件保持適當的距離，從而佔用寶貴的PCB板空間。 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深入內層，佈線層下方的PCB板為接地層。 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，但應盡可能多地分佈在間隙周圍，不同層上的接地可以通過多個通孔連接在一起。 儘管存在上述問題，但金屬遮罩非常有效，通常是隔離關鍵電路的解決方案。 此外，晶片電源的適當有效解耦也非常重要。 許多具有集成線性線路的射頻晶片對電源雜訊非常敏感，通常每個晶片最多需要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）。
電容器的值通常由其自諧振頻率和低引線電感决定，並相應地選擇C4的值。 C3和C2的值因其自身的引脚電感而相對較大，囙此射頻去耦效應較小，但更適合濾波低頻雜訊訊號。 電感器L1防止射頻訊號從電源線耦合到晶片中。 請記住：所有記錄道都是一個潜在的天線，可以接收和發送射頻訊號，還需要將感應射頻訊號與關鍵線路隔離。 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必須接近C4，C2必須接近C3，IC引脚必須接近C4。連接軌跡應盡可能短， 這些元件（尤其是C4）的接地端子通常應通過下一個接地層連接到晶片的接地引脚。 將元件連接到接地層的過孔應盡可能靠近PCB上的元件焊盤。 焊盤上的盲孔用於降低連接線的電感，電感應接近C1。集成電路或放大器通常具有開漏輸出，囙此需要上拉電感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分別將它們解耦，如果晶片周圍沒有足够的空間，這可能會導致一些問題。 請記住，電感器很少並聯在一起，因為這將形成一個空心變壓器並產生干擾訊號，囙此它們之間的距離必須至少與其中一個設備的高度一樣遠，或成直角，以减少其互感。
電分區的原理通常與物理分區相同，但還涉及一些其他因素。 現代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。 這意味著手機需要運行多個電源，這就產生了更多的隔離問題。 電源通常從連接器引入，在通過一組開關或電壓調節器分配之前，會立即解耦以過濾掉電路板外部的任何譟音。 手機中的大多數電路具有相當小的直流電流，囙此軌跡寬度通常不是問題，但是，必須運行盡可能寬的單獨高電流軌跡，以為高功率放大器供電，以將傳輸電壓降降至最低。 為了避免過多的電流損耗，需要多個過孔將電流從一層傳遞到另一層。 此外，如果高功率放大器在其電源引脚處沒有充分解耦，高功率雜訊將輻射到整個電路板，並導致各種問題。 高功率放大器的接地至關重要，通常需要金屬遮罩。 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幅度迴響給其輸入，則放大器和緩衝器有可能自振盪。 在任何情况下，它們都將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環到輸出，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，首先，必須在濾波器周圍放置接地，其次，接地應放置在濾波器的下部區域，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盡可能遠離濾波器引脚也是一個好主意。 此外，在電路板上的任何地方都要小心接地，否則您可能會在不知不覺中引入一個您不希望發生的耦合通道。 圖3詳細介紹了這種接地方法。 有時，可以選擇單端或平衡射頻訊號線，關於交叉干擾和EMC/EMI的相同原則適用於此處。 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，並且應保持合理的線寬，以獲得與源、軌跡和負載匹配的阻抗。 實際接線可能會有困難。 緩衝器可以用來提高隔離度，因為它可以將相同的訊號分成兩部分，並使用它來驅動不同的電路，尤其是當本振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下達到共模隔離時，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。 緩衝器在設計中有很大的幫助，它們可以放置在需要驅動的電路之後，囙此高功率輸出軌跡非常短，因為緩衝器的輸入信號電平相對較低，囙此它們不容易受到板上其他電路的影響。 引起干擾的電路。 還有許多非常敏感的訊號線和控制線需要特別注意，但它們超出了本文的範圍，囙此此處僅對其進行簡要討論，不會對其進行詳細描述。
壓控振盪器（VCO）將變化的電壓轉換為變化的頻率，這是用於高速通道切換的功能，但它們也將控制電壓上的少量雜訊轉換為微小的頻率變化，從而使射頻訊號新增雜訊。 通常，在此之後，您無法再從射頻輸出信號中去除雜訊。 那麼困難在哪裡呢？ 首先，控制線的期望頻寬可以在DC到2MHz之間，並且幾乎不可能在如此寬的頻帶中進行濾波以去除雜訊； 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，在許多情况下，雜訊可能會無處不在，囙此必須小心處理壓控振盪器控制線路。 確保射頻記錄道下方的接地牢固，所有組件均牢固連接到主接地，並與可能引入雜訊的其他記錄道隔離。 此外，確保壓控振盪器的電源充分解耦，因為壓控振盪器的射頻輸出往往處於相對較高的水准，壓控振盪器輸出信號很容易干擾其他電路，囙此必須特別注意壓控振盪器。 事實上，壓控振盪器通常放置在射頻區域的末端，有時需要金屬遮罩。
諧振電路（一個用於發射器，另一個用於接收器）與壓控振盪器有關，但也有其自身的特點。 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，它有助於設定壓控振盪器的工作頻率，並將語音或數據調製到射頻訊號上。 所有壓控振盪器設計原則同樣適用於諧振電路。 諧振電路通常對雜訊非常敏感，因為其元件數量相當多，在電路板上分佈廣泛，並且通常在非常高的射頻頻率下工作。 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緊密放置在一起，並連接回對雜訊敏感的控制回路。 要做到這一點並不容易。 自動增益控制（AGC）放大器也是一個容易出現問題的地方，在發射和接收電路中都會有一個AGC放大器。 AGC放大器通常能有效濾除雜訊，但手機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放大器容易引入雜訊。 在設計AGC線路時，必須遵循良好的類比電路設計科技，這與非常短的運算放大器輸入引脚和非常短的迴響路徑有關，兩者都必須遠離射頻、中頻或高速數位信號軌跡。 此外，良好的接地至關重要，晶片的電源必須良好解耦。 如果你必須在輸入或輸出端鋪設一根長導線，那麼它就在輸出端，輸出端的阻抗通常要低得多，並且不太容易產生感應雜訊。 通常，信號電平越高，就越容易將雜訊引入其他電路。 在所有PCB設計中，盡可能使數位電路遠離類比電路是一個普遍原則，它也適用於RF PCB設計。 公共類比接地通常與用於遮罩和分離訊號線的接地一樣重要，問題是，如果沒有遠見和仔細規劃，每次在這方面幾乎做不到。 囙此，在設計的早期階段，仔細規劃、深思熟慮的組件放置和徹底的放置評估非常重要，因為無意中的設計更改可能會導致必須重建接近完成的設計。 不管怎麼說，這種疏忽的嚴重後果對你的個人職業發展來說不是一件好事。 此外，保持射頻線遠離類比線和一些非常關鍵的數位信號。 所有射頻跡線、焊盤和組件應盡可能用接地銅填充，並盡可能連接到主接地。 像麵包板這樣的微通孔構建板在射頻電路開發階段很有用，如果您選擇構建板，您可以免費使用任意數量的通孔，否則在普通PCB上鑽孔會新增開發成本，這在大規模生產時會新增成本。
如果射頻軌跡必須通過訊號線, 嘗試沿著它們之間的射頻跡線佈線連接到主接地的接地層. 如不可能, 確保它們交叉以最小化電容耦合, 以及每個射頻軌跡周圍盡可能多的接地, 並將其連接到主接地. 而且, 减少平行射頻軌跡之間的距離可以减少電感耦合. 直接放置在表層下方的實心整體接地層, 隔離效應, 雖然設計得有點仔細，但其他做法也很有效. 我試著把地平面分割成幾塊來隔離類比, 數位的, 和射頻線, 但我從來沒有對結果感到滿意，因為總會有一些高速訊號線穿過這些單獨的地面, 這不是一件好事. 在 PCB板, 鋪設盡可能多的接地，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上的焊盤數量, 並調整軌跡，以便您可以將接地連接過孔佈線到表面上的隔離墊. 各層的自由地面 PCB板 應避免使用，因為它們會像小天線一樣拾取或注入雜訊.
