PCB科技 - 射頻電路板分區設計

在設計 射頻佈局, there are several general principles that must be met first:

Separate the high-power RF amplifier (HPA) and the low-noise amplifier (LNA) as much as possible. 簡單地說, 使高功率射頻發射器電路遠離低功率射頻接收器電路. 如果PCB上有很多物理空間, 你可以很容易做到, 但通常有許多組件和 PCB空間 是小的, 所以這通常是不可能的. 您可以將它們放在PCB板的兩側, 或者讓他們交替工作，而不是同時工作. High-power circuits sometimes include RF buffers and voltage controlled oscillators (VCO).

確保PCB的高功率區域至少有一整塊接地，最好沒有過孔。 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，以及如何避免由此引起的問題。

晶片和電源的去耦也極為重要，稍後將討論實現這一原理的幾種方法。

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佈局、方向和遮罩等問題； 電力分區可以繼續分解為配電、射頻佈線、敏感電路和訊號以及接地的分區。

首先，我們討論物理分區的問題。 元件佈局是實現良好射頻設計的關鍵。 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，使輸入遠離輸出，並盡可能地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層（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。

在物理空間中，類似多級放大器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射頻/中頻。 訊號相互干擾，囙此必須小心將這種影響降至最低。 射頻和中頻記錄道應盡可能交叉，並且應盡可能在它們之間放置接地。 正確的射頻路徑對整個PCB板的效能非常重要，這就是為什麼在手機PCB板設計中，組件佈局通常佔用大部分時間。

在製造不規則形狀的金屬護罩時，很難保證高精度。 矩形或方形金屬遮罩對組件的佈局施加了一些限制； 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在地面上，囙此必須與組件保持適當的距離，囙此它會佔用寶貴的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路由到內層，佈線層下方的PCB層最好是接地層。 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。

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唯一解決方案。

最小電容值通常取決於其自諧振頻率和低引脚電感，並相應地選擇C4的值。 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。 電感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必須盡可能靠近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的連接軌跡應盡可能短。 這些組件（尤其是C4）的接地端子通常應通過下一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。 最好使用在焊盤上打孔的盲孔，以最小化連接導線的電感。 電感應接近C1。

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。 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。

如果射頻訊號線必須從濾波器的輸入端迴圈回輸出端，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，要非常小心整個電路板上各個位置的接地，否則您可能會在不知不覺中引入您不希望出現的耦合通道。

緩衝器可用於改善隔離效果，因為它可以將同一訊號分成兩部分並用於驅動不同的電路，尤其是本地振盪器可能需要一個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，使電路不會相互干擾。

緩衝器對設計非常有幫助。 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。 電路造成干擾。

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，諧振電路是一個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。

AGC電路的設計必須遵循良好的類比電路設計科技，這與短運放輸入引脚和短迴響路徑有關，兩者都必須遠離射頻、中頻或高速數位信號軌跡。 同樣，良好的接地也至關重要，晶片的電源必須良好解耦。 如果有必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。

在所有PCB設計中, 一般原則是儘量使數位電路遠離類比電路, 它也適用於 RFPCB 設計. 公共類比接地和用於遮罩和分離訊號線的接地通常同等重要. 問題是沒有先見之明和周密的計畫, 在這方面你每次都能做的很少. 因此, 在設計的早期階段, 仔細規劃, 經過深思熟慮的組件佈局和徹底的佈局評估非常重要. 疏忽導致的設計變更可能導致即將完成的設計，必須重新進行. 這是由於疏忽造成的嚴重後果, 無論如何, 對你的個人職業發展不是一件好事.