原创 射频电路PCB设计失败,只应降低干扰太多?

2021-1-25 11:30 416 5 7 分类: PCB

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。本文从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。

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。

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1.5cm以上。

图1 一字形布局

图2 L形和U字形布局

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。

图3 两种方案

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。

图4 相同布局

图5 对称布局

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。

图6 十字形布局

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。

图7 45度布局

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。

图8 渐变线

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。

图9 圆弧线

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。

图10 包地处理

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。

图11 间距

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。

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。腔体处理如图12所示。

图12 腔体

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3mm,微带线走在正中间。

腔体的拐角放置3mm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150MIL。

结 束

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。

- END -

关于造物工场

造物工场立足金百泽超过20年柔性电子制造服务优势,聚焦产品方案和电子工程的设计服务,提供从创意到制造、PCB/PCBA/BOM等一站式硬件服务。

文章评论3条评论)

登录后参与讨论

小厨子↖ 2021-1-27 09:47

看不到图片 ,楼主重新发现呗

忆轻狂 2021-1-26 17:26

未经允许,不可引用

打杂007 2021-1-26 09:39

图片看不到,挂掉了吗?
相关推荐阅读
造物工场 2021-03-05 14:27
掌握这6个技巧,轻松搞定PCB多层板设计!
PCB从结构上可分为单面板、双面板和多层板。其中,多层板是指两层以上的印制板,它是由几层绝缘基板上的连接导线和装配焊接电子元件用的焊盘组成,既具有导通各层线路,又具有相互间绝缘的作用,高速PCB普遍采...
造物工场 2021-03-02 15:27
详解MOS管的5种损坏模式
雪崩破坏如果在漏极-源极间外加超出器件额定VDSS的电涌电压,而且达到击穿电压V(BR)DSS (根据击穿电流其值不同),并超出一定的能量后就发生破坏的现象。在介质负载的开关运行断开时产生的回扫电压,...
造物工场 2021-02-26 10:44
知道了这些规则,再看电路图就不感觉乱了
在我们进行电子DIY制作时,看图是难免的,但对于很多新手来说,刚开始似乎总有种很乱的感觉,走过来后我们才知道,当时只是没有了解这些规则,今天小编以电子电路图为主要示例进行总结一下。电路图走向是指电路图...
造物工场 2021-02-20 15:27
包地与串扰
工程界常常使用保护地线进行隔离,来抑制信号间的相互干扰。的确,保护地线有时能够提高信号间的隔离度,但是保护地线并不是总是有效的,有时甚至反而会使干扰更加恶化。使用保护地线必须根据实际情况仔细分析,并认...
造物工场 2021-02-03 15:18
PCB工程师要了解的几个设计指南
在开始新设计时,因为将大部分时间都花在了电路设计和元件的选择上,在PCB布局布线阶段往往会因为经验不足,考虑不够周全。如果没有为PCB布局布线阶段的设计提供充足的时间和精力,可能会导致设计从数字领域转...
造物工场 2021-01-28 14:35
58个硬件面试题!
1、请列举您知道的电阻、电容、电感品牌(最好包括国内、国外品牌)。电阻:美国:AVX、VISHAY 威世日本:KOA 兴亚、Kyocera 京瓷、muRata 村田、Panasonic 松下、ROHM...
广告
我要评论
3
5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
广告
关闭 热点推荐上一条 /8 下一条