射频电路PCB的设计技巧

 射频电路PCB的设计技巧

                        来源：电子元器件 作者：陈丽飞                   

摘要

   针对多层线路板中射频电路板的布局和布线，根据本人在射频电路PCB设计中的经验积累，总结了一些布局布线的设计技巧。并就这些技巧向行业里的同行和前辈咨询，同时查阅相关资料，得到认可，是该行业里的普遍做法。多次在射频电路的PCB设计中采用这些技巧，在后期PCB的硬件调试中得到证实，对减少射频电路中的干扰有很不错的效果，是较优的方案。

关键词：射频电路；PCB；布局；布线

    由于射频(RF)电路为分布参数电路，在电路的实际工作中容易产生趋肤效应和耦合效应，所以在实际的PCB设计中，会发现电路中的干扰辐射难以控制，如：数字电路和模拟电路之间相互干扰、供电电源的噪声干扰、地线不合理带来的干扰等问题。正因为如此，如何在PCB的设计过程中，权衡利弊寻求一个合适的折中点，尽可能地减少这些干扰，甚至能够避免部分电路的干涉，是射频电路PCB设计成败的关键。文中从PCB的LAYOUT角度，提供了一些处理的技巧，对提高射频电路的抗干扰能力有较大的用处。

1 RF布局

 这里讨论的主要是多层板的元器件位置布局。元器件位置布局的关键是固定位于RF路径上的元器件，通过调整其方向，使RF路径的长度最小，并使输入远离输出，尽可能远地分离高功率电路和低功率电路，敏感的模拟信号远离高速数字信号和RF信号。

在布局中常采用以下一些技巧。

1．1 一字形布局

    RF主信号的元器件尽可能采用一字形布局，如图1所示。但是由于PCB板和腔体空间的限制，很多时候不能布成一字形，这时候可采用L形，最好不要采用U字形布局(如图2所示)，有时候实在避免不了的情况下，尽可能拉大输入和输出之间的距离，至少1．5 cm以上。

             

                                 

    另外在采用L形或U字形布局时，转折点最好不要刚进入接口就转，如图3左所示，而是在稍微有段直线以后再转，如图3右图所示。

                                 

1．2 相同或对称布局

    相同的模块尽可能做成相同的布局或对称的布局，如图4、图5所示。

                                   

                   

1．3 十字形布局

    偏置电路的馈电电感与RF通道垂直放置，如图6所示，主要是为了避免感性器件之间的互感。

1．4 45度布局

    为合理的利用空间，可以将器件45度方向布局，使射频线尽可能短，如图7所示。

2 RF布线

    布线的总体要求是：RF信号走线短且直，减少线的突变，少打过孔，不与其它信号线相交，RF信号线周边尽量多加地过孔。以下是一些常用的优化方式：

2．1 渐变线处理

    在射频线宽比IC器件管脚的宽度大比较多的情况下，接触芯片的线宽采用渐变方式，如图8所示。

2．2 圆弧线处理

    射频线不能直的情况下，作圆弧线处理，这样可以减少RF信号对外的辐射和相互问的耦合。有实验证明，传输线的拐角采用变曲的直角，能最大限度的降低回损。如图9所示。

                          

2．3 地线和电源

    地线尽可能粗。在有条件的情况下，PCB的每一层都尽可能的铺地，并使地连到主地上，多打地过孔，尽量降低地线阻抗。
    RF电路的电源尽量不要采用平面分割，整块的电源平面不但增加了电源平面对RF信号的辐射，而且也容易被RF信号的干扰。所以电源线或平面一般采用长条形状，根据电流的大小进行处理，在满足电流能力的前提下尽可能粗，但是又不能无限制的增宽。在处理电源线的时候，一定要避免形成环路。
    电源线和地线的方向要与RF信号的方向保持平行但不能重叠，在有交叉的地方最好采用垂直十字交叉的方式。

2．4 十字交叉处理

    RF信号与IF信号走线十字交叉，并尽可能在他们之间隔一块地。
    RF信号与其他信号走线交叉时，尽量在它们之间沿着RF走线布置一层与主地相连的地。如果不可能，一定要保证它们是十字交叉的。这里的其他信号走线也包括电源线。

2．5 包地处理

    对射频信号、干扰源、敏感信号及其他重要信号进行包地处理，这样既可以提高该信号的抗干扰能力，也可以减少该信号对其他信号的干扰。如图10所示。

                               

2．6 铜箔处理

    铜箔处理要求圆滑平整，不允许有长线或尖角，若不能避免，则在尖角、细长铜箔或铜箔的边缘处补几个地过孔。

2．7 间距处理

    射频线离相邻地平面边缘至少要有3W的宽度，且3W范围内不得有非接地过孔。

                                 

    同层的射频线要作包地处理，并在地铜皮上加地过孔，孔间距应小于信号频率所对应波长(λ)的1／20，均匀排列整齐。包地铜皮边缘离射频线2W的宽度或3H的高度，H表示相邻介质层的总厚度。

3 腔体处理

    对整个RF电路，应把不同模块的射频单元用腔体隔离，特别是敏感电路和强烈辐射源之间，在大功率的多级放大器中，也应保证级与级之间的隔离。整个电路支流放置好后，就是对屏蔽腔的处理，屏蔽腔体的处理有以下注意事项：
    整个屏蔽腔体尽量做成规则形状，便于铸模。对于每一个屏蔽腔尽量做成长方形，避免正方形的屏蔽腔。
    屏蔽腔的转角采用弧形，屏蔽金属腔体一般采用铸造成型，弧形的拐角便于铸造成型时候拔模。如图12所示。

                           

    屏蔽腔体的周边是密封的，接口的线引入腔体一般采用带状线或微带线，而腔体内部不同模块采用微带线，不同腔体相连处采用开槽处理，开槽的宽度为3 mm，微带线走在正中间。
    腔体的拐角放置3 mm的金属化孔，用来固定屏蔽壳，在每支长的腔体上也要均匀放置同等的金属化孔，用来加固支撑作用。
    腔体一般做开窗处理，便于焊接屏蔽壳，腔体上一般厚2 mm以上，腔体上加2排开窗过孔屏，过孔相互错开，同一排过孔之间间距150 MIL。

4 结束语

    射频电路PCB设计成败的关键在于如何减少电路辐射，从而提高抗干扰能力，但是在实际的布局与布线中一些问题的处理是相冲突的，因此如何寻求一个折中点，使整个射频电路的综合性能达到最优，是设计者必须要考虑的问题。所有这些都要求设计者具有一定的实践经验和工程设计能力，但是要具备这些能力，每一个设计者都不可能一蹴而就的，只有从其他人那里借鉴经验，加上自己的不停摸索和思考，才能不断进步。本文总结工作中的一些设计经验，有利于提高射频电路PCB的抗干扰能力，帮助射频电路设计初学者少走不必要的弯路。