射頻電路板設(shè)計(jì)由于在理論上還有很多不確定性,,因此常被形容為一種“黑色藝術(shù)”,,但這個(gè)觀點(diǎn)只有部分正確,RF電路板設(shè)計(jì)也有許多可以遵循的準(zhǔn)則和不應(yīng)該被忽視的法則,。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí),,真正實(shí)用的技巧是當(dāng)這些準(zhǔn)則和法則因各種設(shè)計(jì)約束而無法準(zhǔn)確地實(shí)施時(shí)如何對(duì)它們進(jìn)行折衷處理。當(dāng)然,,有許多重要的RF設(shè)計(jì)課題值得討論,,包括阻抗和阻抗匹配、絕緣層材料和層疊板以及波長和駐波等,,在全面掌握各類設(shè)計(jì)原則前提下的仔細(xì)規(guī)劃是一次性成功設(shè)計(jì)的保證,。
一,、RF電路設(shè)計(jì)的常見問題
1,、數(shù)字電路模塊和模擬電路模塊之間的干擾
如果模擬電路(射頻)和數(shù)字電路單獨(dú)工作,可能各自工作良好,。但是,,一旦將二者放在同一塊電路板上,,使用同一個(gè)電源一起工作,整個(gè)系統(tǒng)很可能就不穩(wěn)定,。這主要是因?yàn)閿?shù)字信號(hào)頻繁地在地和正電源(>3 V)之間擺動(dòng),,而且周期特別短,常常是納秒級(jí)的,。由于較大的振幅和較短的切換時(shí)間,。使得這些數(shù)字信號(hào)包含大量且獨(dú)立于切換頻率的高頻成分。在模擬部分,,從無線調(diào)諧回路傳到無線設(shè)備接收部分的信號(hào)一般小于lμV,。因此數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)之間的差別會(huì)達(dá)到120 dB。顯然,。如果不能使數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)很好地分離,。微弱的射頻信號(hào)可能遭到破壞,,這樣一來,無線設(shè)備工作性能就會(huì)惡化,,甚至完全不能工作,。
2、供電電源的噪聲干擾
射頻電路對(duì)于電源噪聲相當(dāng)敏感,,尤其是對(duì)毛刺電壓和其他高頻諧波,。微控制器會(huì)在每個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期內(nèi)短時(shí)間突然吸人大部分電流,這是由于現(xiàn)代微控制器都采用CMOS工藝制造,。因此,。假設(shè)一個(gè)微控制器以1MHz的內(nèi)部時(shí)鐘頻率運(yùn)行,它將以此頻率從電源提取電流,。如果不采取合適的電源去耦。必將引起電源線上的電壓毛刺,。如果這些電壓毛刺到達(dá)電路RF部分的電源引腳,,嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致工作失效。
3,、不合理的地線
如果RF電路的地線處理不當(dāng),,可能產(chǎn)生一些奇怪的現(xiàn)象。對(duì)于數(shù)字電路設(shè)計(jì),,即使沒有地線層,,大多數(shù)數(shù)字電路功能也表現(xiàn)良好。而在RF頻段,,即使一根很短的地線也會(huì)如電感器一樣作用,。粗略計(jì)算,每mm長度的電感量約為1 nH, 433 MHz時(shí)10 mm的 PCB線路的感抗約27Ω,。如果不采用地線層,,大多數(shù)地線將會(huì)較長,電路將無法具有設(shè)計(jì)的特性,。
4,、天線對(duì)其他模擬電路部分的輻射干擾
在PCB電路設(shè)計(jì)中,板上通常還有其他模擬電路,。如許多電路上都有AD/DA,。射頻發(fā)送器的天線發(fā)出的高頻信號(hào)可能會(huì)到達(dá)ADC的模擬輸入端。因?yàn)槿魏坞娐肪€路都可能如天線一樣發(fā)出或接收RF信號(hào),。如果ADC輸入端的處理不合理,,RF信號(hào)可能在ADC輸入的ESD二極管內(nèi)自激,從而引起ADC偏差,。
二,、射頻電路布局原則
在設(shè)計(jì)RF布局時(shí),,必須優(yōu)先滿足以下幾個(gè)總原則:
(1)盡可能地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔離開來,,簡單地說,,就是讓高功率RF發(fā)射電路遠(yuǎn)離低功率RF接收電路;
?。?)確保PCB板上高功率區(qū)至少有一整塊地,,最好上面沒有過孔,當(dāng)然,,銅箔面積越大越好,;
(3)電路和電源去耦同樣也極為重要,;
?。?)RF輸出通常需要遠(yuǎn)離RF輸入;
?。?)敏感的模擬信號(hào)應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號(hào)和RF信,;
三、物理分區(qū),、電氣分區(qū)設(shè)計(jì)分區(qū)
分解物理分區(qū)和電氣分區(qū),。物理分區(qū)主要涉及元器件布局、朝向和屏蔽等問題,;
電氣分區(qū)可以繼續(xù)分解為電源分配,、RF走線、敏感電路和信號(hào)以及接地等的分區(qū),。
1,、物理分區(qū)問題
元器件布局是實(shí)現(xiàn)一個(gè)優(yōu)秀RF設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,最有效的技術(shù)是首先固定位于RF路徑上的元器件,,并調(diào)整其朝向以將RF路徑的長度減到最小,,并使RF輸入遠(yuǎn)離RF輸出,并盡可能遠(yuǎn)離高功率電路和低噪音電路,。
最有效的電路板堆疊方法是將主接地面(主地)安排在表層下的第二層,,并盡可能將RF線走在表層上。將RF路徑上的過孔尺寸減到最小不僅可以減少路徑電感,,而且還可以減少主地上的虛焊點(diǎn),,并可減少RF能量泄漏到層疊板內(nèi)其他區(qū)域的機(jī)會(huì)。
在物理空間上,,像多級(jí)放大器這樣的線性電路通常足以將多個(gè)RF區(qū)之間相互隔離開來,,但是雙工器、混頻器和中頻放大器/混頻器總是有多個(gè)RF/IF信號(hào)相互干擾,因此必須小心地將這一影響減到最小,。
2,、RF與IF走線應(yīng)盡可能走十字交叉,并盡可能在它們之間隔一塊地
正確的RF路徑對(duì)整塊PCB板的性能而言非常重要,,這也就是為什么元器件布局通常在手機(jī)PCB板設(shè)計(jì)中占大部分時(shí)間的原因,。在手機(jī)PCB板設(shè)計(jì)上,通??梢詫⒌驮胍舴糯笃麟娐贩旁赑CB板的某一面,,而高功率放大器放在另一面,并最終藉由雙工器在同一面上將它們連接到RF天線的一端和基頻處理器的另一端,。這需要一些技巧來確保RF能量不會(huì)藉由過孔,,從板的一面?zhèn)鬟f到另一面,常用的技術(shù)是在兩面都使用盲孔,??梢越逵蓪⒚た装才旁赑CB板兩面都不受RF干擾的區(qū)域,來將過孔的不利影響減到最小,。
3,、恰當(dāng)和有效的芯片電源去耦也非常重要
許多集成了線性線路的RF芯片對(duì)電源的噪音非常敏感,通常每個(gè)芯片都需要采用高達(dá)四個(gè)電容和一個(gè)隔離電感來確保濾除所有的電源噪音,。一塊集成電路或放大器常常帶有一個(gè)開漏極輸出,因此需要一個(gè)上拉電感來提供一個(gè)高阻抗RF負(fù)載和一個(gè)低阻抗直流電源,,同樣的原則也適用于對(duì)這一電感端的電源進(jìn)行去耦,。
有些芯片需要多個(gè)電源才能工作,因此你可能需要兩到三套電容和電感來分別對(duì)它們進(jìn)行去耦處理,,如果該芯片周圍沒有足夠的空間,,那么去耦效果可能不佳。尤其需要特別注意的是:電感極少并行靠在一起,,因?yàn)檫@將形成一個(gè)空芯變壓器并相互感應(yīng)產(chǎn)生干擾信號(hào),,因此它們之間的距離至少要相當(dāng)于其中一個(gè)器件的高度,或者成直角排列以將其互感減到最小,。
4,、電氣分區(qū)原則大體上與物理分區(qū)相同,但還包含一些其它因素
手機(jī)的某些部分采用不同工作電壓,,并借助軟件對(duì)其進(jìn)行控制,,以延長電池工作壽命。這意味著手機(jī)需要運(yùn)行多種電源,,而這給隔離帶來了更多的問題,。
電源通常從連接器引入,并立即進(jìn)行去耦處理以濾除任何來自線路板外部的噪聲,然后再經(jīng)過一組開關(guān)或穩(wěn)壓器之后對(duì)其進(jìn)行分配,。手機(jī)PCB板上大多數(shù)電路的直流電流都相當(dāng)小,,因此走線寬度通常不是問題,不過,,必須為高功率放大器的電源單獨(dú)走一條盡可能寬的大電流線,,以將傳輸壓降減到最低。為了避免太多電流損耗,,需要采用多個(gè)過孔來將電流從某一層傳遞到另一層,。此外,如果不能在高功率放大器的電源引腳端對(duì)它進(jìn)行充分的去耦,,那么高功率噪聲將會(huì)輻射到整塊板上,,并帶來各種各樣的問題。
高功率放大器的接地相當(dāng)關(guān)鍵,,并經(jīng)常需要為其設(shè)計(jì)一個(gè)金屬屏蔽罩,。在大多數(shù)情況下,同樣關(guān)鍵的是確保RF輸出遠(yuǎn)離RF輸入,。這也適用于放大器,、緩沖器和濾波器。在最壞情況下,,如果放大器和緩沖器的輸出以適當(dāng)?shù)南辔缓驼穹答伒剿鼈兊妮斎攵?,那么它們就有可能產(chǎn)生自激振蕩。在最好情況下,,它們將能在任何溫度和電壓條件下穩(wěn)定地工作,。
實(shí)際上,它們可能會(huì)變得不穩(wěn)定,,并將噪音和互調(diào)信號(hào)添加到RF信號(hào)上,。如果射頻信號(hào)線不得不從濾波器的輸入端繞回輸出端,這可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p害濾波器的帶通特性,。為了使輸入和輸出得到良好的隔離,,首先必須在濾波器周圍布1圈地,其次濾波器下層區(qū)域也要布1塊地,,并與圍繞濾波器的主地連接起來,。把需要穿過濾波器的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離濾波器引腳也是個(gè)好方法。
5,、金屬屏蔽罩
有時(shí),,不太可能在多個(gè)電路區(qū)塊之間保留足夠的區(qū)隔,在這種情況下就必須考慮采用金屬屏蔽罩將射頻能量屏蔽在RF區(qū)域內(nèi),,但金屬屏蔽罩也有副作用,,例如:制造成本和裝配成本都很高,。
外形不規(guī)則的金屬屏蔽罩在制造時(shí)很難保證高精密度,長方形或正方形金屬屏蔽罩又使零組件布局受到一些限制,;金屬屏蔽罩不利于零組件更換和故障移位,;由于金屬屏蔽罩必須焊在接地面上,而且必須與零組件保持一個(gè)適當(dāng)?shù)木嚯x,,因此需要占用寶貴的PCB板空間,。
盡可能保證金屬屏蔽罩的完整非常重要,所以進(jìn)入金屬屏蔽罩的數(shù)字信號(hào)線應(yīng)該盡可能走內(nèi)層,,而且最好將信號(hào)線路層的下一層設(shè)為接地層,。RF信號(hào)線可以從金屬屏蔽罩底部的小缺口和接地缺口處的布線層走線出去,不過缺口處周圍要盡可能被廣大的接地面積包圍,,不同信號(hào)層上的接地可藉由多個(gè)過孔連在起,。盡管有以上的缺點(diǎn),但是金屬屏蔽罩仍然非常有效,,而且常常是隔離關(guān)鍵電路的唯一解決方案,。
6、要保證不增加噪聲必須從以下幾個(gè)方面考慮
首先,,控制線的期望頻寬范圍可能從DC直到2MHz,,而通過濾波來去掉這么寬頻帶的噪聲幾乎是不可能的;其次,,VCO控制線通常是一個(gè)控制頻率的反饋回路的一部分,,它在很多地方都有可能引入噪聲,因此必須非常小心處理VCO控制線,。要確保RF走線下層的地是實(shí)心的,,而且所有的元器件都牢固地連到主地上,并與其它可能帶來噪聲的走線隔離開來,。
此外,要確保VCO的電源已得到充分去耦,,由于VCO的RF輸出往往是一個(gè)相對(duì)較高的電平,,VCO輸出信號(hào)很容易干擾其它電路,因此必須對(duì)VCO加以特別注意,。事實(shí)上,,VCO往往布放在RF區(qū)域的末端,有時(shí)它還需要一個(gè)金屬屏蔽罩,。
諧振電路(一個(gè)用于發(fā)射機(jī),,另一個(gè)用于接收機(jī))與VCO有關(guān),但也有它自己的特點(diǎn),。簡單地講,,諧振電路是一個(gè)帶有容性二極管的并行諧振電路,它有助于設(shè)置VCO工作頻率和將語音或數(shù)據(jù)調(diào)制到RF信號(hào)上。所有VCO的設(shè)計(jì)原則同樣適用于諧振電路,。由于諧振電路含有數(shù)量相當(dāng)多的元器件,、板上分布區(qū)域較寬以及通常運(yùn)行在一個(gè)很高的RF頻率下,因此諧振電路通常對(duì)噪聲非常敏感,。
信號(hào)通常排列在芯片的相鄰腳上,,但這些信號(hào)引腳又需要與相對(duì)較大的電感和電容配合才能工作,這反過來要求這些電感和電容的位置必須靠得很近,,并連回到一個(gè)對(duì)噪聲很敏感的控制環(huán)路上,。要做到這點(diǎn)是不容易的。
自動(dòng)增益控制(AGC)放大器同樣是一個(gè)容易出問題的地方,,不管是發(fā)射還是接收電路都會(huì)有AGC放大器,。AGC放大器通常能有效地濾掉噪聲,不過由于手機(jī)具備處理發(fā)射和接收信號(hào)強(qiáng)度快速變化的能力,,因此要求AGC電路有一個(gè)相當(dāng)寬的帶寬,,而這使某些關(guān)鍵電路上的AGC放大器很容易引入噪聲。設(shè)計(jì)AGC線路必須遵守良好的模擬電路設(shè)計(jì)技術(shù),,而這跟很短的運(yùn)放輸入引腳和很短的反饋路徑有關(guān),,這兩處都必須遠(yuǎn)離RF、IF或高速數(shù)字信號(hào)走線,。
同樣,,良好的接地也必不可少,而且芯片的電源必須得到良好的去耦,。如果必須要在輸入或輸出端走一根長線,,那么最好是在輸出端,通常輸出端的阻抗要低得多,,而且也不容易感應(yīng)噪聲,。通常信號(hào)電平越高,就越容易把噪聲引入到其它電路,。在所有PCB設(shè)計(jì)中,,盡可能將數(shù)字電路遠(yuǎn)離模擬電路是一條總的原則,它同樣也適用于RF PCB設(shè)計(jì),。公共模擬地和用于屏蔽和隔開信號(hào)線的地通常是同等重要的,,因此在設(shè)計(jì)早期階段,仔細(xì)的計(jì)劃,、考慮周全的元器件布局和徹底的布局*估都非常重要,,同樣應(yīng)使RF線路遠(yuǎn)離模擬線路和一些很關(guān)鍵的數(shù)字信號(hào),所有的RF走線,、焊盤和元件周圍應(yīng)盡可能多填接地銅皮,,并盡可能與主地相連,。如果RF走線必須穿過信號(hào)線,那么盡量在它們之間沿著RF走線布一層與主地相連的地,。如果不可能的話,,一定要保證它們是十字交叉的,這可將容性耦合減到最小,,同時(shí)盡可能在每根RF走線周圍多布一些地,,并把它們連到主地。
四,、PCB板設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意幾個(gè)方面
1,、電源、地線的處理
對(duì)每個(gè)從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程人員來說都明白地線與電源線之間噪音所產(chǎn)生的原因,,現(xiàn)只對(duì)降低式抑制噪音作以表述:
?。?)眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容,。
?。?)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(hào)線,通常信號(hào)線寬為:0.2~0.3mm,,最經(jīng)細(xì)寬度可達(dá)0.05~0.07mm,,電源線為1.2~2.5 mm。對(duì)數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)回路,, 即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用)
?。?)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,。
2、數(shù)字電路與模擬電路的共地處理
現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路(數(shù)字或模擬電路),,而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線時(shí)就需要考慮它們之間互相干擾問題,,特別是地線上的噪音干擾,。數(shù)字電路的頻率高,模擬電路的敏感度強(qiáng),,對(duì)信號(hào)線來說,,高頻的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件,,對(duì)地線來說,整人PCB對(duì)外界只有一個(gè)結(jié)點(diǎn),,所以必須在PCB內(nèi)部進(jìn)行處理數(shù),、模共地的問題,而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實(shí)際上是分開的它們之間互不相連,,只是在PCB與外界連接的接口處(如插頭等),。數(shù)字地與模擬地有一點(diǎn)短接,請注意,,只有一個(gè)連接點(diǎn),。也有在PCB上不共地的,這由系統(tǒng)設(shè)計(jì)來決定,。
3,、信號(hào)線布在電(地)層上
在多層印制板布線時(shí),由于在信號(hào)線層沒有布完的線剩下已經(jīng)不多,,再多加層數(shù)就會(huì)造成浪費(fèi)也會(huì)給生產(chǎn)增加一定的工作量,,成本也相應(yīng)增加了,為解決這個(gè)矛盾,,可以考慮在電(地)層上進(jìn)行布線,。首先應(yīng)考慮用電源層,其次才是地層,。因?yàn)樽詈檬潜A舻貙拥耐暾浴?/p>
4,、大面積導(dǎo)體中連接腿的處理
在大面積的接地(電)中,常用元器件的腿與其連接,,對(duì)連接腿的處理需要進(jìn)行綜合的考慮,,就電氣性能而言,元件腿的焊盤與銅面滿接為好,,但對(duì)元件的焊接裝配就存在一些不良隱患,。所以兼顧電氣性能與工藝需要,做成十字花焊盤,,稱之為熱隔離(heat shield)俗稱熱焊盤(Thermal),,這樣,可使在焊接時(shí)因截面過分散熱而產(chǎn)生虛焊點(diǎn)的可能性大大減少,。多層板的接電(地)層腿的處理相同,。
5、布線中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用
在許多CAD系統(tǒng)中,,布線是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)決定的,。網(wǎng)格過密,通路雖然有所增加,,但步進(jìn)太小,,圖場的數(shù)據(jù)量過大,,這必然對(duì)設(shè)備的存貯空間有更高的要求,同時(shí)也對(duì)象計(jì)算機(jī)類電子產(chǎn)品的運(yùn)算速度有極大的影響,。而有些通路是無效的,,如被元件腿的焊盤占用的或被安裝孔、定們孔所占用的等,。網(wǎng)格過疏,,通路太少對(duì)布通率的影響極大。所以要有一個(gè)疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來支持布線的進(jìn)行,。標(biāo)準(zhǔn)元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),,所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍數(shù),如:0.05英寸,、0.025英寸,、0.02英寸等。
五,、高頻PCB設(shè)計(jì)技巧和方法
1,、傳輸線拐角要采用45°角,以降低回?fù)p,;
2,、要采用絕緣常數(shù)值按層次嚴(yán)格受控的高性能絕緣電路板。這種方法有利于對(duì)絕緣材料與鄰近布線之間的電磁場進(jìn)行有效管理,。
3,、要完善有關(guān)高精度蝕刻的PCB設(shè)計(jì)規(guī)范。要考慮規(guī)定線寬總誤差為+/-0.0007英寸,、對(duì)布線形狀的下切(undercut)和橫斷面進(jìn)行管理并指定布線側(cè)壁電鍍條件,。對(duì)布線(導(dǎo)線)幾何形狀和涂層表面進(jìn)行總體管理,對(duì)解決與微波頻率相關(guān)的趨膚效應(yīng)問題及實(shí)現(xiàn)這些規(guī)范相當(dāng)重要,。
4,、突出引線存在抽頭電感,要避免使用有引線的組件,。高頻環(huán)境下,,最好使用表面安裝組件。
5,、對(duì)信號(hào)過孔而言,,要避免在敏感板上使用過孔加工(pth)工藝,因?yàn)樵摴に嚂?huì)導(dǎo)致過孔處產(chǎn)生引線電感,。
6,、要提供豐富的接地層。要采用模壓孔將這些接地層連接起來防止3維電磁場對(duì)電路板的影響。
7,、要選擇非電解鍍鎳或浸鍍金工藝,不要采用HASL法進(jìn)行電鍍,。
8,、阻焊層可防止焊錫膏的流動(dòng)。但是,,由于厚度不確定性和絕緣性能的未知性,,整個(gè)板表面都覆蓋阻焊材料將會(huì)導(dǎo)致微帶設(shè)計(jì)中的電磁能量的較大變化。一般采用焊壩(solder dam)來作阻焊層的電磁場,。
這種情況下,,我們管理著微帶到同軸電纜之間的轉(zhuǎn)換。在同軸電纜中,,地線層是環(huán)形交織的,,并且間隔均勻。在微帶中,,接地層在有源線之下,。這就引入了某些邊緣效應(yīng),需在設(shè)計(jì)時(shí)了解,、預(yù)測并加以考慮,。當(dāng)然,這種不匹配也會(huì)導(dǎo)致回?fù)p,,必須最大程度減小這種不匹配以避免產(chǎn)生噪音和信號(hào)干擾,。
六、EMC設(shè)計(jì)
電磁兼容性是指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào),、有效地進(jìn)行工作的能力,。電磁兼容性設(shè)計(jì)的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來的干擾,使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作,,同時(shí)又能減少電子設(shè)備本身對(duì)其它電子設(shè)備的電磁干擾,。
1、選擇合理的導(dǎo)線寬度
由于瞬變電流在印制線條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導(dǎo)線的電感成分造成的,,因此應(yīng)盡量減小印制導(dǎo)線的電感量,。印制導(dǎo)線的電感量與其長度成正比,與其寬度成反比,,因而短而精的導(dǎo)線對(duì)抑制干擾是有利的,。時(shí)鐘引線、行驅(qū)動(dòng)器或總線驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)線常常載有大的瞬變電流,,印制導(dǎo)線要盡可能地短,。對(duì)于分立元件電路,印制導(dǎo)線寬度在1.5mm左右時(shí),,即可完全滿足要求,;對(duì)于集成電路,,印制導(dǎo)線寬度可在0.2~1.0mm之間選擇。
2,、采用正確的布線策略
采用平等走線可以減少導(dǎo)線電感,,但導(dǎo)線之間的互感和分布電容增加,如果布局允許,,最好采用井字形網(wǎng)狀布線結(jié)構(gòu),,具體做法是印制板的一面橫向布線,另一面縱向布線,,然后在交叉孔處用金屬化孔相連,。
3、有效地抑制串?dāng)_
為了抑制印制板導(dǎo)線之間的串?dāng)_,,在設(shè)計(jì)布線時(shí)應(yīng)盡量避免長距離的平等走線,,盡可能拉開線與線之間的距離,信號(hào)線與地線及電源線盡可能不交叉,。在一些對(duì)干擾十分敏感的信號(hào)線之間設(shè)置一根接地的印制線,,可以有效地抑制串?dāng)_。
4,、為了避免高頻信號(hào)通過印制導(dǎo)線時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射,,在印制電路板布線時(shí),還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
?。?)盡量減少印制導(dǎo)線的不連續(xù)性,,例如導(dǎo)線寬度不要突變,導(dǎo)線的拐角應(yīng)大于90度禁止環(huán)狀走線等,。
?。?)時(shí)鐘信號(hào)引線最容易產(chǎn)生電磁輻射干擾,走線時(shí)應(yīng)與地線回路相靠近,,驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊挨著連接器,。
(3)總線驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊挨其欲驅(qū)動(dòng)的總線,。對(duì)于那些離開印制電路板的引線,,驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊緊挨著連接器。
?。?)數(shù)據(jù)總線的布線應(yīng)每兩根信號(hào)線之間夾一根信號(hào)地線,。最好是緊緊挨著最不重要的地址引線放置地回路,因?yàn)楹笳叱]d有高頻電流,。
?。?)在印制板布置高速、中速和低速邏輯電路時(shí),應(yīng)按照圖1的方式排列器件,。
5,、抑制反射干擾
為了抑制出現(xiàn)在印制線條終端的反射干擾,除了特殊需要之外,,應(yīng)盡可能縮短印制線的長度和采用慢速電路,。必要時(shí)可加終端匹配,即在傳輸線的末端對(duì)地和電源端各加接一個(gè)相同阻值的匹配電阻,。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),對(duì)一般速度較快的TTL電路,,其印制線條長于10cm以上時(shí)就應(yīng)采用終端匹配措施,。匹配電阻的阻值應(yīng)根據(jù)集成電路的輸出驅(qū)動(dòng)電流及吸收電流的最大值來決定。
6,、電路板設(shè)計(jì)過程中采用差分信號(hào)線布線策略
布線非??拷牟罘中盘?hào)對(duì)相互之間也會(huì)互相緊密耦合,這種互相之間的耦合會(huì)減小EMI發(fā)射,,通常(當(dāng)然也有一些例外)差分信號(hào)也是高速信號(hào),,所以高速設(shè)計(jì)規(guī)則通常也都適用于差分信號(hào)的布線,特別是設(shè)計(jì)傳輸線的信號(hào)線時(shí)更是如此,。這就意味著我們必須非常謹(jǐn)慎地設(shè)計(jì)信號(hào)線的布線,,以確保信號(hào)線的特征阻抗沿信號(hào)線各處連續(xù)并且保持一個(gè)常數(shù)。
在差分線對(duì)的布局布線過程中,,我們希望差分線對(duì)中的兩個(gè)PCB線完全一致,。這就意味著,在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該盡最大的努力來確保差分線對(duì)中的PCB線具有完全一樣的阻抗并且布線的長度也完全一致,。差分PCB線通??偸浅蓪?duì)布線,而且它們之間的距離沿線對(duì)的方向在任意位置都保持為一個(gè)常數(shù)不變,。通常情況下,,差分線對(duì)的布局布線總是盡可能地靠近。
七,、射頻匹配電路注意點(diǎn)
1,、 匹配電路中的走線(包括從芯片射頻端口出來的走線,但不包括直流電源在扼流圈之前的走線)要盡可能短,,線寬不要發(fā)生突變,,在線寬發(fā)生變化處,將線寬變化使用滴淚等近似效果處理,,得到線寬連續(xù)變化的效果,。
2、 匹配電路中的走線寬度優(yōu)選與器件焊盤寬度一致
3、 匹配電路中的拓?fù)浔M量避免U字形,,防止寄生電容影響
4,、 匹配電路中的走線理論上因盡量避免 45 度角,優(yōu)選圓弧走線
5,、 匹配電路中接地電容的接地焊盤之間距離盡可能大,,以降低寄生電容影響。
6,、 匹配電路附近要有足夠的屏蔽地,,在屏蔽地上需要打較多的過孔,保證立體屏蔽效果和提供小阻抗回路的目的,,相鄰的兩個(gè)過孔間距推薦小于波長的二十分之一,,但不能過密形成開槽效應(yīng)。
7,、 在空間布局允許前提下,,屏蔽地與數(shù)字信號(hào)線盡量遠(yuǎn)離,參考3W原則
8,、 高頻信號(hào)回路底下除了地網(wǎng)絡(luò)的銅箔外,,不能走其他信號(hào)線,保證阻抗的連續(xù)性
9,、 絲印不能打在高頻信號(hào)線上,,會(huì)引起阻抗的變化;最優(yōu)方法為不加絲印
10,、 必要時(shí)在匹配巴倫后側(cè)開始的濾波網(wǎng)絡(luò)加 50 歐姆阻抗控制,,但會(huì)導(dǎo)致成本上升2~5 倍不等
11、 如果出現(xiàn)天線不是直接出現(xiàn)在匹配電路末端,,則匹配電路末端到天線的這部分連接線同樣需要 50 歐姆阻抗控制,。
12、 如果出現(xiàn)匹配器件不是直接出現(xiàn)在器件射頻口附近,,則理論上器件射頻口到匹配器件的這部分連接線需要阻抗控制,,但其阻抗由芯片內(nèi)部參數(shù)決定。
13,、 阻抗控制計(jì)算使用 Altium Designer阻抗布線功能或使用PCB Toolkit工具進(jìn)行計(jì)算,。