PCB科技 - 關於射頻電路PCB設計

為了保證電路效能，在射頻電路的PCB設計中應考慮EMC，囙此討論了元器件的佈線原理，以達到EMC的目的。

隨著通信技術的發展，手持無線射頻電路技術應用越來越廣泛，如無線尋呼機、手機、無線掌上型電腦等。射頻電路的性能指標直接影響整個產品的質量。 這些手持產品最大的特點之一是小型化，這意味著組件的密度非常高，這使得組件（包括SMD、SMC、裸晶片等）的相互干擾非常突出。 如果電磁干擾信號處理不當，整個電路系統可能無法正常工作。 囙此，如何防止和抑制電磁干擾，提高電磁相容性，成為射頻電路PCB設計中一個非常重要的課題。 相同電路和不同PCB設計結構的性能指標會有很大差异。 在本次討論中，使用Protel99 se軟體設計手持產品的射頻電路PCB時，如果能最大限度地實現電路的性能指標，從而滿足電磁相容性的要求。

1射頻電路PCB板的選擇

射頻電路PCB的基板包括有機基板和無機基板。 襯底中最重要的特性是介電常數。耗散因數（或介電損耗）Tan島、熱膨脹係數CET和吸濕性。 其中，R影響電路阻抗和訊號傳輸速率。 對於高頻電路，介電常數容限是最重要的考慮因素，應選擇介電常數公差較小的襯底。

2射頻電路PCB設計流程

由於Protel99 se軟件的使用與Protel 98等軟件不同，本文首先簡要介紹了使用Protel99 se軟件進行PCB設計的過程。

1.由於Protel99 se採用項目資料庫模式管理，這在Windows 99下是隱含的，囙此應該首先建立一個資料庫檔案來管理設計的電路原理圖和PCB佈局。

2.方案設計。 為了實現網絡連接，在原理設計過程中，所使用的組件必須存在於組件庫中。 否則，所需組件應在schlib中製作並存儲在檔案中。

然後，我們只需要從組件庫中調用所需的組件，並根據設計的電路圖進行連接。

3.原理圖設計完成後，可以形成用於PCB設計的網絡錶。

4.PCB設計。 a.PCB形狀和尺寸的確定。 PCB的形狀和尺寸是根據PCB在產品中的位置、空間的大小和形狀以及與其他組件的配合來確定的。 在機械圖層上，使用放置軌跡命令繪製PCB的形狀。 b.根據SMT的要求，在PCB上製作定位孔、瞄準鏡、參考點等。 c.部件製造。 如果需要使用零部件庫中不存在的一些特殊零部件，則需要在佈局之前製作零部件。 在Protel99 se中製作組件的過程相對簡單。 在“設計”選單中選擇“製作庫”命令進入零部件製作視窗，然後在“工具”選單中選中“新建零部件”命令進行零部件設計。 此時，根據實際元件的形狀和尺寸，用放置焊盤的命令在頂層的某個位置繪製相應的焊盤，並將其編輯為所需的焊盤（包括焊盤的形狀、尺寸、內徑尺寸和角度，此外還應標記焊盤對應的引脚名稱），然後用放置軌跡的命令在頂部覆蓋層中繪製元件的最大形狀，取一個元件名稱並存儲在元件庫中。 d.部件製造完成後，進行佈局和佈線。 下麵將詳細討論這兩個部分。 e.必須在上述過程完成後進行檢查。 一方面，它包括電路原理的檢查。 另一方面，它還必須檢查它們之間的匹配和組裝問題。 電路原理可以手動檢查，也可以通過網絡自動檢查（原理圖形成的網絡可以與PCB形成的網絡進行比較）。 f.檔案核對無誤後，歸檔輸出。 在Protel99 se中，必須使用“file”選項中的“export”命令將檔存儲在指定的路徑和檔案中（“import”命令會將檔案調用到Protel99 se中）。 注意：執行Protel99 se中“file”選項中的“save copy as…”命令後，所選檔名在Windows 98中不可見，囙此無法在資料總管中看到該檔案。 這與Protel 98中的“另存為…”功能並不完全相同。

3射頻電路PCB組件佈局

由於SMT通常採用紅外爐熱流焊接來實現元件的焊接，囙此元件的佈局會影響焊點的質量，進而影響產品的良品率。 對於射頻電路的PCB設計，電磁相容性要求每個電路模塊盡可能不產生電磁輻射，並具有一定的抗電磁干擾能力。 囙此，元件的佈局也直接影響電路本身的干擾和抗干擾能力，這也直接關係到所設計電路的效能。 囙此，在射頻電路的PCB設計中，除了普通PCB設計的佈局外，還需要考慮如何减少射頻電路各部分之間的相互干擾，如何减少電路本身對其他電路的干擾以及電路本身的抗干擾能力。 根據經驗，射頻電路的效果不僅取決於射頻電路板本身的性能指標，還取決於與CPU處理板的交互作用。 囙此，在PCB設計中，合理的佈局顯得尤為重要。

射頻電路PCB佈局的一般原則：元器件儘量排列在同一方向，通過選擇PCB進入熔錫系統的方向，减少甚至避免焊接不良； 根據經驗，構件之間的距離應至少為0.5mm，以滿足構件的熔錫要求。 如果PCB板的空間允許，部件之間的距離應盡可能寬。 對於雙面板，SMD和SMC組件應在一側設計，離散組件應在另一側設計。

射頻電路的PCB佈局應注意以下幾點：

首先，確定與其他PCB板或系統的介面組件在PCB板上的位置，並注意介面組件之間的協調（如組件的方向）。

由於手持產品的體積很小，組件的排列也很緊湊，囙此必須優先選擇體積較大的組件，確定相應的位置，並考慮它們之間的合作。

仔細分析電路結構，封鎖電路（如高頻放大電路、混頻電路和解調電路），盡可能將強電訊號和弱電訊號分開，將數位信號電路和類比信號電路分開。 完成相同功能的電路應盡可能佈置在一定範圍內，以减少訊號環路面積； 電路各部分的濾波網絡必須就近連接，根據電路的抗干擾能力，不僅可以减少輻射，還可以降低干擾的概率。

單元電路根據其對使用中的電磁相容性的敏感性進行分組。 對於電路中易受干擾部分的元件，儘量避免干擾源（如資料處理板上CPU的干擾）。

4射頻電路PCB佈線

在組件的佈局基本完成後，就可以開始佈線了。 佈線的基本原則是：在組裝密度允許的情况下，盡可能選擇低密度的佈線設計，訊號路由盡可能一致，有利於阻抗匹配。

對於射頻電路來說，訊號線方向、寬度和線間距的不合理設計可能會導致訊號傳輸線之間的交叉干擾； 此外，系統電源本身也存在雜訊干擾，囙此在設計射頻電路PCB時，必須綜合考慮並合理佈線。

佈線時，所有佈線應遠離PCB板框架（約2mm），以避免PCB板製造過程中出現斷線或斷線隱患。電源線應盡可能寬，以降低回路電阻。 同時，電源線和地線的方向應與資料傳輸的方向一致，以提高抗干擾能力； 訊號線應盡可能短，過孔的數量應儘量減少； 部件之間的連接越短越好，從而减少分佈參數和相互電磁干擾； 不相容的訊號線應相互遠離，並盡可能避免平行佈線，而正方向兩側的訊號線則應相互垂直； 佈線時，需要一個角的地址側應為135°，以避免出現直角。

接線時，直接連接到焊盤的線路不宜過寬，接線應盡可能遠離未連接的部件，避免短路； 元器件上不得噴塗過孔，應儘量遠離未連接的元器件，避免生產中出現虛焊、連續焊、短路等現象。

在射頻電路的PCB設計中，電源線和地線的正確佈線尤為重要。 合理的設計是克服電磁干擾的最重要手段。 PCB上相當多的干擾源是通過電源和地線產生的，其中地線產生的雜訊干擾最大。

地線容易形成電磁干擾的主要原因是地線的阻抗。 當電流流過地線時，地線上會產生電壓，導致地線的回路電流和地線的回路干擾。 當多個電路共用一段地線時，會形成共同的阻抗耦合，從而產生所謂的地線雜訊。 囙此，在對射頻電路PCB的地線進行佈線時，應：

首先，將電路劃分為多個塊。 射頻電路基本上可以分為高頻放大、混頻、解調、本振等部分。 有必要為每個電路模塊提供一個公共電位參考點，即每個模塊電路的地線，以便在不同的電路模塊之間傳輸訊號。 然後，總結了射頻電路PCB與接地線連接的地方，也就是說，總結在通用接地線中。 由於只有一個參考點，所以不存在公共阻抗耦合，囙此不存在相互干擾的問題。

數位區域應盡可能與類比區域隔離，數位接地應與類比接地分開，並最終連接到電源接地。

電路各部分內部的接地線也應注意單點接地的原則，儘量減少訊號回路面積，並就近與相應濾波電路的地址連接。

如果空間允許，最好用接地線將每個模塊隔離，以防止訊號相互耦合的影響。

5射頻電路PCB結論

射頻電路PCB設計的關鍵是如何降低輻射能力和提高抗干擾能力。 合理的佈局和佈線是射頻電路PCB設計的保證。 本文所描述的方法有助於提高射頻電路PCB設計的可靠性，解决電磁干擾問題，進而達到電磁相容的目的。