射頻電路PCB的設(shè)計(jì)技巧

摘要：針對(duì)多層線路板中射頻電路板的布局和布線，根據(jù)本人在射頻電路PCB設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)積累，總結(jié)了一些布局布線的設(shè)計(jì)技巧。并就這些技巧向行業(yè)里的同行和前輩咨詢，同時(shí)查閱相關(guān)資料，得到認(rèn)可，是該行業(yè)里的普遍做法。多次在射頻電路的PCB設(shè)計(jì)中采用這些技巧，在后期PCB的硬件調(diào)試中得到證實(shí)，對(duì)減少射頻電路中的干擾有很不錯(cuò)的效果，是較優(yōu)的方案。
關(guān)鍵詞：射頻電路；PCB；布局；布線

由于射頻(RF)電路為分布參數(shù)電路，在電路的實(shí)際工作中容易產(chǎn)生趨膚效應(yīng)和耦合效應(yīng)，所以在實(shí)際的PCB設(shè)計(jì)中，會(huì)發(fā)現(xiàn)電路中的干擾輻射難以控制，如：數(shù)字電路和模擬電路之間相互干擾、供電電源的噪聲干擾、地線不合理帶來(lái)的干擾等問(wèn)題。正因?yàn)槿绱?，如何在PCB的設(shè)計(jì)過(guò)程中，權(quán)衡利弊尋求一個(gè)合適的折中點(diǎn)，盡可能地減少這些干擾，甚至能夠避免部分電路的干涉，是射頻電路PCB設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。文中從PCB的LAYOUT角度，提供了一些處理的技巧，對(duì)提高射頻電路的抗干擾能力有較大的用處。

1 RF布局
這里討論的主要是多層板的元器件位置布局。元器件位置布局的關(guān)鍵是固定位于RF路徑上的元器件，通過(guò)調(diào)整其方向，使RF路徑的長(zhǎng)度最小，并使輸入遠(yuǎn)離輸出，盡可能遠(yuǎn)地分離高功率電路和低功率電路，敏感的模擬信號(hào)遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號(hào)和RF信號(hào)。
在布局中常采用以下一些技巧。
1．1 一字形布局
RF主信號(hào)的元器件盡可能采用一字形布局，如圖1所示。但是由于PCB板和腔體空間的限制，很多時(shí)候不能布成一字形，這時(shí)候可采用L形，最好不要采用U字形布局(如圖2所示)，有時(shí)候?qū)嵲诒苊獠涣说那闆r下，盡可能拉大輸入和輸出之間的距離，至少1．5 cm以上。

另外在采用L形或U字形布局時(shí)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)最好不要?jiǎng)傔M(jìn)入接口就轉(zhuǎn)，如圖3左所示，而是在稍微有段直線以后再轉(zhuǎn)，如圖3右圖所示。

1．2 相同或?qū)ΨQ布局
相同的模塊盡可能做成相同的布局或?qū)ΨQ的布局，如圖4、圖5所示。

1．3 十字形布局
偏置電路的饋電電感與RF通道垂直放置，如圖6所示，主要是為了避免感性器件之間的互感。

1．4 45度布局
為合理的利用空間，可以將器件45度方向布局，使射頻線盡可能短，如圖7所示。

2 RF布線
布線的總體要求是：RF信號(hào)走線短且直，減少線的突變，少打過(guò)孔，不與其它信號(hào)線相交，RF信號(hào)線周邊盡量多加地過(guò)孔。
以下是一些常用的優(yōu)化方式：
2．1 漸變線處理
在射頻線寬比IC器件管腳的寬度大比較多的情況下，接觸芯片的線寬采用漸變方式，如圖8所示。
2．2 圓弧線處理
射頻線不能直的情況下，作圓弧線處理，這樣可以減少RF信號(hào)對(duì)外的輻射和相互問(wèn)的耦合。有實(shí)驗(yàn)證明，傳輸線的拐角采用變曲的直角，能最大限度的降低回?fù)p。如圖9所示。

2．3 地線和電源
地線盡可能粗。在有條件的情況下，PCB的每一層都盡可能的鋪地，并使地連到主地上，多打地過(guò)孔，盡量降低地線阻抗。
RF電路的電源盡量不要采用平面分割，整塊的電源平面不但增加了電源平面對(duì)RF信號(hào)的輻射，而且也容易被RF信號(hào)的干擾。所以電源線或平面一般采用長(zhǎng)條形狀，根據(jù)電流的大小進(jìn)行處理，在滿足電流能力的前提下盡可能粗，但是又不能無(wú)限制的增寬。在處理電源線的時(shí)候，一定要避免形成環(huán)路。
電源線和地線的方向要與RF信號(hào)的方向保持平行但不能重疊，在有交叉的地方最好采用垂直十字交叉的方式。
2．4 十字交叉處理
RF信號(hào)與IF信號(hào)走線十字交叉，并盡可能在他們之間隔一塊地。
RF信號(hào)與其他信號(hào)走線交叉時(shí)，盡量在它們之間沿著RF走線布置一層與主地相連的地。如果不可能，一定要保證它們是十字交叉的。這里的其他信號(hào)走線也包括電源線。
2．5 包地處理
對(duì)射頻信號(hào)、干擾源、敏感信號(hào)及其他重要信號(hào)進(jìn)行包地處理，這樣既可以提高該信號(hào)的抗干擾能力，也可以減少該信號(hào)對(duì)其他信號(hào)的干擾。如圖10所示。

2．6 銅箔處理
銅箔處理要求圓滑平整，不允許有長(zhǎng)線或尖角，若不能避免，則在尖角、細(xì)長(zhǎng)銅箔或銅箔的邊緣處補(bǔ)幾個(gè)地過(guò)孔。
2．7 間距處理
射頻線離相鄰地平面邊緣至少要有3W的寬度，且3W范圍內(nèi)不得有非接地過(guò)孔。

同層的射頻線要作包地處理，并在地銅皮上加地過(guò)孔，孔間距應(yīng)小于信號(hào)頻率所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)(λ)的1／20，均勻排列整齊。包地銅皮邊緣離射頻線2W的寬度或3H的高度，H表示相鄰介質(zhì)層的總厚度。

3 腔體處理
對(duì)整個(gè)RF電路，應(yīng)把不同模塊的射頻單元用腔體隔離，特別是敏感電路和強(qiáng)烈輻射源之間，在大功率的多級(jí)放大器中，也應(yīng)保證級(jí)與級(jí)之間的隔離。整個(gè)電路支流放置好后，就是對(duì)屏蔽腔的處理，屏蔽腔體的處理有以下注意事項(xiàng)：
整個(gè)屏蔽腔體盡量做成規(guī)則形狀，便于鑄模。對(duì)于每一個(gè)屏蔽腔盡量做成長(zhǎng)方形，避免正方形的屏蔽腔。
屏蔽腔的轉(zhuǎn)角采用弧形，屏蔽金屬腔體一般采用鑄造成型，弧形的拐角便于鑄造成型時(shí)候拔模。如圖12所示。

屏蔽腔體的周邊是密封的，接口的線引入腔體一般采用帶狀線或微帶線，而腔體內(nèi)部不同模塊采用微帶線，不同腔體相連處采用開(kāi)槽處理，開(kāi)槽的寬度為3 mm，微帶線走在正中間。
腔體的拐角放置3 mm的金屬化孔，用來(lái)固定屏蔽殼，在每支長(zhǎng)的腔體上也要均勻放置同等的金屬化孔，用來(lái)加固支撐作用。
腔體一般做開(kāi)窗處理，便于焊接屏蔽殼，腔體上一般厚2 mm以上，腔體上加2排開(kāi)窗過(guò)孔屏，過(guò)孔相互錯(cuò)開(kāi)，同一排過(guò)孔之間間距150 MIL。

4 結(jié)束語(yǔ)
射頻電路PCB設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵在于如何減少電路輻射，從而提高抗干擾能力，但是在實(shí)際的布局與布線中一些問(wèn)題的處理是相沖突的，因此如何尋求一個(gè)折中點(diǎn)，使整個(gè)射頻電路的綜合性能達(dá)到最優(yōu)，是設(shè)計(jì)者必須要考慮的問(wèn)題。所有這些都要求設(shè)計(jì)者具有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和工程設(shè)計(jì)能力，但是要具備這些能力，每一個(gè)設(shè)計(jì)者都不可能一蹴而就的，只有從其他人那里借鑒經(jīng)驗(yàn)，加上自己的不停摸索和思考，才能不斷進(jìn)步。本文總結(jié)工作中的一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，有利于提高射頻電路PCB的抗干擾能力，幫助射頻電路設(shè)計(jì)初學(xué)者少走不必要的彎路。