在射頻PCB設計領域,在現有的公共理論體系中,仍然存在許多未知和不確定性,這往往使其被業界視為一項“神秘技能”。 一般來說,對於微波頻段以下的電路設計,包括低頻和低頻數位電路,只要全面瞭解並遵循各種設計原則,並通過精心規劃,往往能够實現一次設計成功。 然而,當涉及到微波以上頻帶和高頻下的PC型數位電路時,情况變得更加複雜。 在這些高頻區域,通常需要經過兩到三個版本的PCB設計反覆運算,以確保電路的穩定性和效能。
射頻PCB設計的五大標準
1)在低功率射頻的PCB設計中,主要使用標準的FR4資料(絕緣效能好,資料均勻,介電常數為4,10%)。 主要使用4層到6層的板材。 在成本非常敏感的情况下,可以使用厚度小於1mm的雙面板。 確保反面是完整的地層。 同時,雙面板的厚度在1mm以上,使地層和訊號層之間的FR4介質較厚。 為了使射頻訊號線的阻抗達到50歐姆,訊號跡線的寬度通常約為2mm,這使得控制板的空間分佈變得困難。 對於四層板,通常頂層僅使用RF訊號線,第二層是完整的接地,第三層是電源。 底層通常使用數位信號線來控制射頻設備的狀態(例如設定clk、Data和LE訊號線。)最好不要使第三層的電源成為連續的平面,而是使每個射頻設備的電源線呈星形分佈,並最終連接到一個點。 請勿將第三層射頻設備的電源跡線與底層的數位線路交叉。
2)對於混合訊號PCB,射頻部分和類比部分應遠離數位部分(此距離通常在2釐米以上,至少1釐米),數位部分的接地應與射頻部分分開。 嚴禁使用開關電源直接向射頻部分供電。 主要原因是開關電源的紋波調製了RF部分的訊號。 這種調製往往會嚴重損壞射頻訊號,導致致命的後果。 在正常情况下,開關電源的輸出可以通過一個大扼流線圈、一個濾波器,然後通過一個低雜訊LDO(Micrel的MIC5207、MIC5265系列)。 對於高電壓、高功率的射頻電路,可以考慮使用LM1085、LM1083等)為射頻電路供電。
3)在射頻PCB中,每個組件應緊密排列,以確保每個組件之間的連接最短。 對於ADF4360-7電路,引脚9和引脚10上的VCO電感器與ADF4360晶片之間的距離應盡可能短,以確保電感器和晶片之間的連接導致的分佈式串聯電感最小化。 對於板上每個RF設備的接地引脚,包括連接電阻器、電容器、電感和接地引脚(GND)的引脚,應在盡可能靠近所連接引脚(第二層)的位置鑽孔和接地平面。
4)選擇在高頻環境中工作的組件時,請盡可能多地使用表面安裝組件。 這是因為表面安裝組件通常尺寸較小,並且組件引線非常短。 通過這種管道,可以最小化由元件引脚和元件內部佈線引起的附加參數的影響。 特別是對於分立電阻器、電容器和電感元件,使用較小的封裝(0603\0402)非常有助於提高電路的穩定性和一致性。
5)在PCB佈局和設計中,在高頻環境中工作的有源器件通常具有多個電源引脚。 此時,您必須注意在每個電源引脚附近(約1毫米)設定一個單獨的電源引脚。 即使是電容,電容值也約為100nF。 當板空間允許時,建議每個引脚使用兩個去耦電容器,電容值分別為1nF和100nF。 通常,使用由X5R或X7R製成的陶瓷電容器。 對於相同的RF有源器件,不同的電源引脚可以為器件(晶片)中的不同功能部件供電,並且晶片中的每個功能部件可以在不同的頻率下工作。 例如,ADF4360有三個電源引脚,為片上VCO、PFD和數位部件供電。 這三個部分實現了完全不同的功能,工作頻率也不同。 一旦數位部分的低頻雜訊通過功率跡線傳輸到VCO部分,VCO的輸出頻率就可能被該雜訊調製,從而導致難以消除的雜散。
為了防止這種情況發生,除了使用單獨的去耦電容器外,有源RF設備的每個功能部件的電源引脚還必須通過感應磁珠(約10uH)連接在一起。 這種設計對於包括LO緩衝放大和RF緩衝放大的有源混頻器LO-RF和LO-IF的隔離效能的提高是非常有益的。