手機RF射頻PCB板布局布線經(jīng)驗總結(jié)

由于許多理論上的不確定性，經(jīng)常將射頻（RF）電路板設(shè)計描述為一種“妖術(shù)”，但這種觀點僅部分正確。還有許多準則和準則，射頻電路板設(shè)計應(yīng)遵循被忽視的法律。
但是，在實際設(shè)計中，真正的實際技術(shù)是當(dāng)由于各種設(shè)計約束而無法準確實施這些準則和規(guī)則時，如何處理這些準則和規(guī)則。當(dāng)然，還有許多值得討論的重要RF設(shè)計主題，包括阻抗和阻抗匹配，絕緣層材料和層壓板以及波長和波長，因此這些對移動電話的EMC和EMI有很大影響。總結(jié)設(shè)計手機PCB板的RF布局時必須滿足的條件：
1.1盡可能隔離高功率射頻放大器（HPA）和低噪聲放大器（LNA）。簡而言之，將高功率射頻發(fā)射電路與低功率射頻接收電路保持遠離。手機具有許多功能和許多組件，但PCB的空間很小。同時，考慮到布線的設(shè)計過程是最高的，所有這些都需要更高的設(shè)計技能。這時，您可能需要設(shè)計四到六層PCB，并讓它們交替而不是同時工作。大功率電路有時可能包括RF緩沖器和壓控振蕩器（VCO）。確保PCB的大功率區(qū)域至少有一塊地。最好不要在上面有過孔。當(dāng)然，銅越多越好。敏感的模擬信號應(yīng)盡可能遠離高速數(shù)字和RF信號。
1.2設(shè)計區(qū)域可以分為物理區(qū)域和電氣區(qū)域。物理分區(qū)主要涉及組件布局，方向和屏蔽等問題；電氣分區(qū)可以繼續(xù)細分為用于配電，RF路由，敏感電路和信號以及接地的分區(qū)。

1.2.1我們討論物理分區(qū)。組件布局是出色RF設(shè)計的關(guān)鍵。最有效的技術(shù)是首先將組件固定在RF路徑上，并調(diào)整其方向以最大程度地減小RF路徑的長度，并使輸入遠離輸出并盡可能遠。接地以分開大功率電路和小功率電路。
最有效的電路板堆疊方法是在表面層下面的第二層上布置主接地平面（主接地），并在表面層上盡可能多地布線RF線。最小化RF路徑上的過孔尺寸不僅可以減小路徑電感，還可以減少主接地上的焊點數(shù)量，并減少RF 能量泄漏到層壓板中其他區(qū)域的機會。在物理空間中，線性電路（如多級放大器）通常足以將多個RF區(qū)域彼此隔離，但是雙工器，混頻器和IF放大器/混頻器始終具有多個RF/IF信號，因此必須相互干擾。采取以盡量減少這種影響。
1.2.2 RF和IF走線應(yīng)盡可能交叉，并且在它們之間應(yīng)盡可能地隔開一塊地。正確的RF路徑對于整個PCB板的性能非常重要，這就是為什么在手機PCB板設(shè)計中大部分時間都使用元件布局的原因。在手機PCB板設(shè)計中，通?？梢詫⒌驮肼暦糯笃麟娐贩旁赑CB板的一側(cè)，將大功率放大器放在另一側(cè)，最后將它們連接到RF側(cè)，并將基帶處理在同一側(cè)。由雙工器。接收器側(cè)的天線。需要一些技巧來確保直通孔不會將RF 能量從板的一側(cè)傳遞到另一側(cè)。常見的技術(shù)是在兩側(cè)都使用盲孔。通過將通孔布置在PCB兩側(cè)的無RF干擾的區(qū)域中，可以使通孔的不利影響最小化。有時，不可能確保多個電路塊之間的充分隔離。在這種情況下，必須考慮使用金屬屏蔽層在RF區(qū)域屏蔽RF 能量。金屬屏蔽層必須焊接到地面，并且必須與金屬屏蔽層分開。設(shè)備保持適當(dāng)?shù)木嚯x，因此會占用寶貴的PCB板空間。盡可能確保屏蔽層的完整性非常重要。進入金屬屏蔽層的數(shù)字信號線應(yīng)盡可能穿過內(nèi)層，并且布線層下方的PCB最好是接地層。 RF信號線可以從金屬屏蔽層底部的小槽口和接地槽口的布線層伸出，但是在槽口周圍盡可能多地，可以通過多個過孔連接不同層的接地線。

1.2.3正確有效的芯片電源去耦也很重要。許多帶有集成線性電路的RF芯片對電源噪聲非常敏感。通常，每個芯片最多需要使用四個電容器和一個隔離的電感器，以確保濾除所有電源噪聲。集成電路或放大器通常具有漏極開路輸出，因此需要上拉電感器來提供高阻抗RF負載和低阻抗DC電源。相同的原理適用于使該電感器上的電源去耦。有些芯片需要多個電源才能工作，因此您可能需要兩到三組電容器和電感器才能分別對其去耦。電感器很少并聯(lián)連接在一起，因為這將形成一個空心變壓器并引起相互干擾。信號，因此它們之間的距離必須至少等于其中一個設(shè)備的高度，或者以直角排列以最小化它們的互感。
1.2.4電氣分區(qū)的原理與物理分區(qū)基本相同，但是還涉及其他因素。手機的某些部分使用不同的工作電壓，并受軟件控制以延長電池壽命。這意味著電話需要使用多個電源，這會帶來更多的隔離問題。電源通常從連接器引入，然后立即去耦，以濾除板外的任何噪聲，然后通過一組開關(guān)或調(diào)節(jié)器進行分配。手機PCB板上大多數(shù)電路的DC電流都非常小，因此走線寬度通常不是問題。但是，必須為高功率放大器的電源提供一條盡可能寬的單獨高電流線路，以最大程度地減小傳輸電壓降。為了避免過多的電流損耗，需要多個通孔將電流從一層傳遞到另一層。此外，如果無法在電源引腳端完全解耦大功率放大器，則大功率噪聲會散發(fā)到整個電路板上，并引起各種問題。大功率放大器的接地至關(guān)重要，通常需要金屬屏蔽。在大多數(shù)情況下，使RF輸出遠離RF輸入也很重要。這也適用于放大器，緩沖器和濾波器。在最壞的情況下，如果放大器和緩沖器的輸出以適當(dāng)?shù)南辔缓头确答伒狡漭斎耄瑒t它們很可能產(chǎn)生自激振蕩。最好的情況是，它們可以在任何溫度和電壓條件下穩(wěn)定工作。
實際上，它們可能變得不穩(wěn)定，并在RF信號中增加噪聲和互調(diào)信號。如果必須將RF信號線從濾波器的輸入端纏繞到輸出端，則可能會嚴重損壞濾波器的帶通特性。為了使輸入和輸出良好隔離，必須首先在濾波器周圍放置一圈接地，然后必須在濾波器的下部區(qū)域放置一塊接地并連接到濾波器周圍的主要接地過濾。將需要通過濾波器的信號線盡量遠離濾波器引腳也是一個好主意。

此外，必須注意將整個電路板接地，否則將引入耦合通道。有時，您可以選擇使用單端或平衡RF信號線。交叉干擾和EMC/EMI的原理也適用于此。平衡的RF信號線如果正確布線，可以減少噪聲和交叉干擾，但是它們的阻抗通常較高，必須保持合理的線寬才能獲得匹配的信號源，走線和負載阻抗。實際的接線可能會有些困難。該緩沖器可用于改善隔離效果，因為它可以將同一信號分為兩部分并用于驅(qū)動不同的電路，特別是本地振蕩器可能需要一個緩沖器來驅(qū)動多個混頻器。當(dāng)混頻器在RF頻率達到共模隔離時，它將無法正常工作。緩沖器可以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。緩沖區(qū)對設(shè)計有很大幫助。它們可以跟隨需要驅(qū)動的電路，因此高功率輸出走線非常短。由于緩沖器的輸入信號電平相對較低，因此它們不容易被其他電路干擾。壓控振蕩器（VCO）可以將變化的電壓轉(zhuǎn)換為變化的頻率。此功能用于高速通道切換，但它們還將控制電壓上的少量噪聲轉(zhuǎn)換為較小的頻率變化，這使RF信號增加了噪聲。
1.2.5為確保不增加噪聲，必須考慮以下幾個方面：首先，控制線的預(yù)期帶寬可能在DC到2MHz的范圍內(nèi)，并且?guī)缀醪豢赡芡ㄟ^濾波去除如此寬的噪聲帶;第二，VCO控制線通常是控制頻率的反饋回路的一部分。它會在許多地方引入噪聲，因此您必須非常小心地處理VCO控制線。確保射頻走線下方的接地牢固，并且所有組件均已牢固連接至主接地，并且與可能引起噪聲的其他走線隔離。另外，為了確保VCO的電源完全去耦，由于VCO的RF輸出通常是一個較高的電平，因此VCO的輸出信號很可能會干擾其他電路，因此必須特別注意VCO。實際上，VCO通常放置在RF區(qū)域的末端，有時需要金屬屏蔽。諧波振電路（一個用于發(fā)送器，另一個用于接收器）與VCO相關(guān)，但也具有自己的特性。簡而言之，諧波振電路是帶有電容二極管的并聯(lián)諧波振電路，有助于設(shè)置VCO工作頻率并將語音或數(shù)據(jù)調(diào)制到RF信號上。所有VCO設(shè)計原則也適用于諧波振電路。諧波振電路通常對噪聲非常敏感，因為它包含大量組件，在電路板上具有較寬的分布區(qū)域，并且通常在很高的RF頻率下工作。

(2)、盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線＞電源線＞信號線，通常信號線寬為：0.2～0.3mm,最經(jīng)細寬度可達0.05～0.07mm,電源線為1.2～2.5mm。對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個回路,即構(gòu)成一個地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用)

(3)、用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用?；蚴亲龀啥鄬影澹娫?，地線各占用一層。
自動增益控制（AGC）放大器也是一個容易出現(xiàn)問題的領(lǐng)域。發(fā)射和接收電路都將具有AGC放大器。 AGC放大器通?？梢杂行У貫V除噪聲，但是由于移動電話具有處理發(fā)送和接收信號強度的快速變化的能力，因此AGC電路需要相當(dāng)寬的帶寬，這使得在某些關(guān)鍵電路上引入AGC放大器變得容易。噪聲。 AGC線路的設(shè)計必須遵循良好的模擬電路設(shè)計技術(shù)，該技術(shù)與運算放大器的短輸入引腳和短反饋路徑有關(guān)，兩者都必須遠離RF，IF或高速數(shù)字信號走線。同樣，也需要良好的接地，并且芯片的電源必須良好地去耦。如果有必要在輸入或輸出處排長線，則最好使用輸出。通常，輸出的阻抗要低得多，并且不容易引起噪聲。通常，信號電平越高，越容易將噪聲引入其他電路。在所有PCB設(shè)計中，通常的原則是使數(shù)字電路盡可能遠離模擬電路，這也適用于RFPCB設(shè)計。通用模擬地和用于屏蔽和分離信號線的地通常同樣重要。因此，在設(shè)計的早期階段，仔細計劃和考慮組件布局以及徹底的布局* 估都非常重要。 RF線遠離模擬線和一些非常重要的數(shù)字信號。所有射頻走線，焊盤和組件均應(yīng)盡可能地接地銅填充，并盡可能與主接地連接。
如果射頻走線必須穿過信號線，請嘗試沿著射頻走線將它們之間的接地層路由到主接地。如果不可能，則必須確保它們相互交叉。這樣可以最大程度地減少電容耦合，同時在每個RF跡線周圍放置更多接地并將其連接到主接地。另外，最小化平行射頻走線之間的距離可以最小化電感耦合。將整塊接地平面直接放置在表面下的第一層上時，最有效的方法是謹慎的設(shè)計方法也可以使用。在PCB的每一層上盡可能多地接地，并將它們連接到主接地。盡量將走線布線在一起，以增加內(nèi)部信號層和配電層中的繪圖數(shù)量，并適當(dāng)調(diào)整走線，以便可以將接地連接過孔布線到表面上的隔離圖。 PCB的所有層拾取或注入像小天線一樣的噪聲時，都應(yīng)避免在其所有層上留出空間接地。在大多數(shù)情況下，如果您無法將它們連接到主要區(qū)域，則最好將其刪除。
1.3在設(shè)計手機PCB板時，應(yīng)注意以下幾個方面
1.3.1處理電源和接地
即使整個PCB上的布線做得非常好，由于電源和接地線考慮不當(dāng)造成的干擾也會降低產(chǎn)品的性能，有時甚至?xí)绊懏a(chǎn)品的成功率。

1.3.2數(shù)字和模擬電路的公共接地處理
許多PCB不再是單一功能的電路（數(shù)字或模擬電路），而是由數(shù)字和模擬電路的混合物組成。因此，在布線路上，必須考慮它們之間的相互干擾，尤其是對地線的噪聲干擾。數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的靈敏度高。對于信號線，高頻信號線應(yīng)該盡可能遠離敏感的模擬電路設(shè)備。對于地線，整個PCB僅有一個到外部Point的結(jié)，因此數(shù)字和模擬地必須在PCB內(nèi)部處理，但是數(shù)字地和模擬地實際上是在板內(nèi)部分開的，它們沒有連接彼此之間，但僅在PCB與外界連接的接口處等待）。數(shù)字地短路到模擬地。請注意，只有一個連接點。 PCB上也有不常見的接地，這取決于系統(tǒng)設(shè)計。
1.3.3 信號線 布在電氣（接地）層上
在多層印刷板布線中，由于在信號線層中沒有足夠的布完成線，因此剩余的線不多。添加更多的層將導(dǎo)致浪費并增加生產(chǎn)工作量和成本。也有相應(yīng)的增加。要解決此矛盾，您可以考慮在電氣（接地）層上執(zhí)行布線路。首先應(yīng)考慮電源平面，然后再考慮接地平面。因為最好是保留隊形的完整性。
1.3.4大面積導(dǎo)體連接腳的處理
在大面積接地（電）中，常用組件的支腳連接到該接地。連接腿的處理需要綜合考慮。在電氣性能方面，最好將組件腳的焊盤完全連接到銅表面。組件的焊接組裝中存在一些潛在的危險，例如：①焊接需要大功率加熱器。 ②容易造成虛假的焊點。因此，考慮到電氣性能和工藝要求，制成了十字形墊，稱為隔熱板（通常稱為導(dǎo)熱墊）。以此方式，可以避免由于焊接過程中的截面過熱而產(chǎn)生虛焊點的可能性。減少很多。多層板的接地腳的處理相同。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在1.3.5 布線中的作用
在許多CAD系統(tǒng)中，布線是基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)確定的。盡管路徑增加了，但網(wǎng)格過于密集，但是步階太小，并且圖像字段中的數(shù)據(jù)量太大。這將不可避免地對設(shè)備的存儲空間以及目標計算機電子設(shè)備的計算速度提出更高的要求。影響很大。并且某些路徑無效，例如被組件腳的焊盤占據(jù)或被安裝孔和固定孔占據(jù)。網(wǎng)格太稀疏，通道太少對擴展率影響很大。因此，必須有一個密集且合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來支持布線。標準組件的支腿之間的距離為0.1英寸（2.54mm），因此網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)通常設(shè)置為0.1英寸（2.54mm）或小于0.1英寸的整數(shù)倍，例如：0.05英寸，0.025英寸，0.02英寸等
1.4高頻PCB設(shè)計的技術(shù)和方法如下：
1.4.1應(yīng)使用傳輸線的45°角以減少回波損耗。
1.4.2應(yīng)使用高性能絕緣電路板，其絕緣常數(shù)必須嚴格控制水平。此方法有助于有效管理絕緣材料和相鄰的布線之間的電磁場。
1.4.3有必要提高與高精度蝕刻相關(guān)的PCB設(shè)計規(guī)范?？紤]到指定的線寬總誤差+/- 0.0007英寸，管理布線形狀的底切和橫截面，并指定布線側(cè)壁電鍍條件。 布線（導(dǎo)線）幾何形狀和涂層表面的整體管理對于解決與微波頻率相關(guān)的趨膚效應(yīng)問題并實現(xiàn)這些規(guī)格至關(guān)重要。
1.4.4亮點引線有抽頭電感。避免使用引線組件。在高頻環(huán)境中，最好使用表面貼裝組件。
1.4.5對于信號過孔，請避免在敏感板上使用pth工藝，因為該過程會在過孔中產(chǎn)生引線電感。
1.4.6提供充足的接地平面。模制孔用于連接這些接地層，以防止3D電磁場影響電路板。
1.4.7要選擇非電解鎳鍍層或浸金鍍層，請勿使用HASL進行電鍍。該鍍層表面為高頻電流提供了更好的集膚效果（圖2）。此外，這種高度可焊的涂層所需的引線更少，有助于減少環(huán)境污染。
1.4.8阻焊層可防止錫膏流動。但是，由于厚度的不確定性和絕緣性能的未知，用阻焊劑材料覆蓋整個板表面將在微帶設(shè)計中引起電磁能量的較大變化。通常將Solderdam用作阻焊層。電磁場。在這種情況下，我們管理從微帶到同軸電纜的過渡。在同軸電纜中，接地平面纏繞成環(huán)形并均勻間隔。

1.5電磁兼容設(shè)計
電磁兼容性是指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中以協(xié)調(diào)有效的方式工作的能力。電磁兼容性設(shè)計的目的是使電子設(shè)備不僅能夠抑制各種外部干擾，使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，而且還可以減少電子設(shè)備本身對其他電子設(shè)備的電磁干擾。
1.5.1選擇合理的線寬
由于瞬變電流對印制線的沖擊干擾主要是由印刷導(dǎo)線的電感成分引起的，因此應(yīng)使印刷導(dǎo)線的電感最小。印刷導(dǎo)線的電感與長度成正比，與寬度成反比，因此，短而細的導(dǎo)線有利于抑制干擾。線路驅(qū)動器的時鐘引線、信號線或總線驅(qū)動器通常會攜帶較大的瞬變電流，并且印刷導(dǎo)線應(yīng)盡可能短。對于分立元件電路，當(dāng)印刷導(dǎo)線的寬度約為1.5mm時，就可以完全滿足要求。對于集成電路，印刷線的寬度可以在0.2到1.0毫米之間選擇。
1.5.2使用正確的接線策略
使用相等的布線可以減少導(dǎo)線的電感，但是導(dǎo)線之間的互感和分布電容會增加。如果布局允許，最好使用正方形網(wǎng)格布線結(jié)構(gòu)。然后在交叉孔處連接金屬化孔。
1.5.3為了抑制印刷電路板導(dǎo)體之間的串?dāng)_，請在設(shè)計布線時盡量避免長而等的走線，并盡可能延長導(dǎo)線之間的距離，信號線和地線與電源線交叉。在對干擾非常敏感的某些信號線之間設(shè)置接地的印制線，可以有效抑制串?dāng)_。
1.5.4為了避免高頻信號通過印刷導(dǎo)體時產(chǎn)生的電磁輻射，在對印刷電路板進行布線時還應(yīng)注意以下幾點：
（1）最小化印刷導(dǎo)線的不連續(xù)性，例如，導(dǎo)線的寬度不應(yīng)突然，導(dǎo)線的角應(yīng)大于90度。禁止循環(huán)布線。
（2）時鐘信號引線最容易受到電磁輻射的干擾。接線時，它應(yīng)靠近地線 回路，驅(qū)動器應(yīng)靠近連接器。
（3）總線驅(qū)動程序應(yīng)該靠近它要驅(qū)動的總線。對于那些離開印刷電路板的引線，驅(qū)動器應(yīng)在連接器旁邊。
（4）數(shù)據(jù)總線的接線應(yīng)被信號地線夾在每兩個信號線之間。最好將引線放在最不重要的地址引線旁邊，因為后者經(jīng)常承載高頻電流。
（5）在印刷電路板上布置高速，中速和低速邏輯電路時，器件的布置應(yīng)如圖1所示。