當(dāng)然，有許多重要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(zhǎng)和駐波，不過,，本文將集中探討與RF電路板分區(qū)設(shè)計(jì)有關(guān)各種問題,。

　　新一輪藍(lán)牙設(shè)備、無繩電話和蜂窩電話需求高潮正促使中國(guó)電子工程師越來越關(guān)注RF電路設(shè)計(jì)技巧,。RF電路板設(shè)計(jì)是最令設(shè)計(jì)工程師感到頭疼部分,，如想一次獲得成功，仔細(xì)規(guī)劃和注重細(xì)節(jié)是必須加以高度重視兩大關(guān)鍵設(shè)計(jì)規(guī)則,。

　　今天蜂窩電話設(shè)計(jì)以各種方式將所有東西集成在一起,，這對(duì)RF電路板設(shè)計(jì)來說很不利。現(xiàn)在業(yè)界競(jìng)爭(zhēng)非常激烈,，人人都在找辦法用最小尺寸和最小成本集成最多功能,。模擬、數(shù)字和RF電路都緊密地?cái)D在一起,，用來隔開各自問題區(qū)域空間非常小,，而且考慮到成本因素，電路板層數(shù)往往又減到最小,。令人感到不可思議是,，多用途芯片可將多種功能集成在一個(gè)非常小裸片上，而且連接外界引腳之間排列得又非常緊密,，因此RF,、IF、模擬和數(shù)字信號(hào)非?？拷?，但它們通常在電氣上是不相干。電源分配可能對(duì)設(shè)計(jì)者來說是一個(gè)噩夢(mèng),，為了延長(zhǎng)電池壽命,，電路不同部分是根據(jù)需要而分時(shí)工作，并由軟件來控制轉(zhuǎn)換,。這意味著你可能需要為你蜂窩電話提供5到6種工作電源,。

　　RF布局概念

　　在設(shè)計(jì)RF布局時(shí)，有幾個(gè)總原則必須優(yōu)先加以滿足：

　　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(jiǎn)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,。如果你PCB板上有很多物理空間，那么你可以很容易地做到這一點(diǎn),，但通常元器件很多,，PCB空間較小，因而這通常是不可能,。你可以把他們放在PCB板兩面,，或者讓它們交替工作，而不是同時(shí)工作,。高功率電路有時(shí)還可包括RF緩沖器和壓控制振蕩器(VCO),。

　　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，銅皮越多越好,。稍后,，我們將討論如何根據(jù)需要打破這個(gè)設(shè)計(jì)原則，以及如何避免由此而可能引起問題,。

　　芯片和電源去耦同樣也極為重要,，稍后將討論實(shí)現(xiàn)這個(gè)原則幾種方法。

　　RF輸出通常需要遠(yuǎn)離RF輸入,，稍后我們將進(jìn)行詳細(xì)討論,。

　　敏感模擬信號(hào)應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號(hào)和RF信號(hào)。

　　如何進(jìn)行分區(qū),？

　　設(shè)計(jì)分區(qū)可以分解為物理分區(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)以及接地等分區(qū),。

　　首先我們討論物理分區(qū)問題,。元器件布局是實(shí)現(xiàn)一個(gè)優(yōu)秀RF設(shè)計(jì)關(guān)鍵，最有效技術(shù)是首先固定位于RF路徑上元器件,，并調(diào)整其朝向以將RF路徑長(zhǎng)度減到最小,，使輸入遠(yuǎn)離輸出，并盡可能遠(yuǎn)地分離高功率電路和低功率電路,。

　　最有效電路板堆疊方法是將主接地面(主地)安排在表層下第二層,，并盡可能將RF線走在表層上。將RF路徑上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虛焊點(diǎn),，并可減少RF能量泄漏到層疊板內(nèi)其他區(qū)域機(jī)會(huì),。

　　在物理空間上，像多級(jí)放大器這樣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,。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RF路徑對(duì)整塊PCB板性能而言非常重要,，這也就是為什么元器件布局通常在蜂窩電話PCB板設(shè)計(jì)中占大部分時(shí)間原因,。

　　在蜂窩電話PCB板上，通?？梢詫⒌驮胍舴糯笃麟娐贩旁赑CB板某一面,，而高功率放大器放在另一面，并最終通過雙工器把它們?cè)谕幻嫔线B接到RF端和基帶處理器端天線上,。需要一些技巧來確保直通過孔不會(huì)把RF能量從板一面?zhèn)鬟f到另一面,，常用技術(shù)是在兩面都使用盲孔?？梢酝ㄟ^將直通過孔安排在PCB板兩面都不受RF干擾區(qū)域來將直通過孔不利影響減到最小,。

　　有時(shí)不太可能在多個(gè)電路塊之間保證足夠隔離，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),，但金屬屏蔽罩也存在問題,，例如：自身成本和裝配成本都很貴；

　　外形不規(guī)則金屬屏蔽罩在制造時(shí)很難保證高精度,，長(zhǎng)方形或正方形金屬屏蔽罩又使元器件布局受到一些限制,；金屬屏蔽罩不利于元器件更換和故障定位；由于金屬屏蔽罩必須焊在地上,，必須與元器件保持一個(gè)適當(dāng)距離,，因此需要占用寶貴PCB板空間。

　　盡可能保證屏蔽罩完整非常重要,，進(jìn)入金屬屏蔽罩?jǐn)?shù)字信號(hào)線應(yīng)該盡可能走內(nèi)層,，而且最好走線層下面一層PCB是地層。RF信號(hào)線可以從金屬屏蔽罩底部小缺口和地缺口處布線層上走出去,，不過缺口處周圍要盡可能地多布一些地,，不同層上地可通過多個(gè)過孔連在一起。

　　盡管有以上問題,，但是金屬屏蔽罩非常有效,，而且常常還是隔離關(guān)鍵電路唯一解決方案。

　　此外,，恰當(dāng)和有效芯片電源去耦也非常重要,。許多集成了線性線路RF芯片對(duì)電源噪音非常敏感,，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電源噪音。

　　最小電容值通常取決于其自諧振頻率和低引腳電感,，C4值就是據(jù)此選擇,。C3和C2值由于其自身引腳電感關(guān)系而相對(duì)較大一些，從而RF去耦效果要差一些,，不過它們較適合于濾除較低頻率噪聲信號(hào),。電感L1使RF信號(hào)無法從電源線耦合到芯片中。記?。核凶呔€都是一條潛在既可接收也可發(fā)射RF信號(hào)天線,，另外將感應(yīng)射頻信號(hào)與關(guān)鍵線路隔離開也很必要。

　　這些去耦元件物理位置通常也很關(guān)鍵,。這幾個(gè)重要元件布局原則是：C4要盡可能靠近IC引腳并接地,，C3必須最靠近C4，C2必須最靠近C3,，而且IC引腳與C4連接走線要盡可能短,，這幾個(gè)元件接地端(尤其是C4)通常應(yīng)當(dāng)通過下一地層與芯片接地引腳相連。將元件與地層相連過孔應(yīng)該盡可能靠近PCB板上元件焊盤,，最好是使用打在焊盤上盲孔以將連接線電感減到最小，電感應(yīng)該靠近C1,。

　　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，同樣原則也適用于對(duì)這一電感端電源進(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空間話,，那么可能會(huì)遇到一些麻煩,。

　　記住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),，因此它們之間距離至少要相當(dāng)于其中一個(gè)器件高度,，或者成直角排列以將其互感減到最小。

　　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?，F(xiàn)代蜂窩電話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(zhǎng)電池工作壽命,。這意味著蜂窩電話需要運(yùn)行多種電源，而這給隔離帶來了更多問題,。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。

　　蜂窩電話里大多數(shù)電路直流電流都相當(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電源單獨(dú)走一條盡可能寬大電流線,，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電源引腳端對(duì)它進(jìn)行充分去耦，那么高功率噪聲將會(huì)輻射到整塊板上,，并帶來各種各樣問題,。高功率放大器接地相當(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輸出以適當(dāng)相位和振幅反饋到它們輸入端,，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)線不得不從濾波器輸入端繞回輸出端,，這可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p害濾波器帶通特性。為了使輸入和輸出得到良好隔離,，首先必須在濾波器周圍布一圈地,，其次濾波器下層區(qū)域也要布一塊地，并與圍繞濾波器主地連接起來,。把需要穿過濾波器信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離濾波器引腳也是個(gè)好方法,。此外，整塊板上各個(gè)地方接地都要十分小心,，否則你可能會(huì)在不知不覺之中引入一條你不希望發(fā)生耦合通道,。

　　有時(shí)可以選擇走單端或平衡RF信號(hào)線，有關(guān)交叉干擾和EMC/EMI原則在這里同樣適用。平衡RF信號(hào)線如果走線正確話,，可以減少噪聲和交叉干擾,，但是它們阻抗通常比較高，而且要保持一個(gè)合理線寬以得到一個(gè)匹配信號(hào)源,、走線和負(fù)載阻抗,，實(shí)際布線可能會(huì)有一些困難。

　　緩沖器可以用來提高隔離效果,，因?yàn)樗砂淹粋€(gè)信號(hào)分為兩個(gè)部分,，并用于驅(qū)動(dòng)不同電路，特別是本振可能需要緩沖器來驅(qū)動(dòng)多個(gè)混頻器,。當(dāng)混頻器在RF頻率處到達(dá)共模隔離狀態(tài)時(shí),，它將無法正常工作。緩沖器可以很好地隔離不同頻率處阻抗變化,，從而電路之間不會(huì)相互干擾,。

　　緩沖器對(duì)設(shè)計(jì)幫助很大，它們可以緊跟在需要被驅(qū)動(dòng)電路后面,，從而使高功率輸出走線非常短,，由于緩沖器輸入信號(hào)電平比較低，因此它們不易對(duì)板上其它電路造成干擾,。

　　還有許多非常敏感信號(hào)和控制線需要特別注意,，但它們超出了本文探討范圍，因此本文僅略作論述,，不再進(jìn)行詳細(xì)說明,。

　　壓控振蕩器(VCO)可將變化電壓轉(zhuǎn)換為變化頻率，這一特性被用于高速頻道切換,，但它們同樣也將控制電壓上微量噪聲轉(zhuǎn)換為微小頻率變化，而這就給RF信號(hào)增加了噪聲,?？倎碚f，在這一級(jí)以后你再也沒有辦法從RF輸出信號(hào)中將噪聲去掉,。那么困難在哪里呢,？首先，控制線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噪聲幾乎是不可能,；其次，VCO控制線通常是一個(gè)控制頻率反饋回路一部分,，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走線下層地是實(shí)心，而且所有元器件都牢固地連到主地上,，并與其它可能帶來噪聲走線隔離開來,。此外，要確保VCO電源已得到充分去耦,，由于VCORF輸出往往是一個(gè)相對(duì)較高電平,，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)，但也有它自己特點(diǎn),。簡(jiǎn)單地講,，諧振電路是一個(gè)帶有容性二極管并行諧振電路，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)通常排列在芯片相鄰腳上，但這些信號(hào)引腳又需要與相對(duì)較大電感和電容配合才能工作,，這反過來要求這些電感和電容位置必須靠得很近,，并連回到一個(gè)對(duì)噪聲很敏感控制環(huán)路上。要做到這點(diǎn)是不容易,。

　　自動(dòng)增益控制(AGC)放大器同樣是一個(gè)容易出問題地方,，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,，不過由于蜂窩電話具備處理發(fā)射和接收信號(hào)強(qiáng)度快速變化能力,，因此要求AGC電路有一個(gè)相當(dāng)寬帶寬，而這使某些關(guān)鍵電路上AGC放大器很容易引入噪聲,。

　　設(shè)計(jì)AGC線路必須遵守良好模擬電路設(shè)計(jì)技術(shù),，而這跟很短運(yùn)放輸入引腳和很短反饋路徑有關(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，良好接地也必不可少,，而且芯片電源必須得到良好去耦,。如果必須要在輸入或輸出端走一根長(zhǎng)線,，那么最好是在輸出端，通常輸出端阻抗要低得多,，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)線地通常是同等重要,，問題在于如果沒有預(yù)見和事先仔細(xì)計(jì)劃，每次你能在這方面所做事都很少,。因此在設(shè)計(jì)早期階段,，仔細(xì)計(jì)劃、考慮周全元器件布局和徹底布局*估都非常重要,，由于疏忽而引起設(shè)計(jì)更改將可能導(dǎo)致一個(gè)即將完成設(shè)計(jì)又必須推倒重來,。這一因疏忽而導(dǎo)致嚴(yán)重后果，無論如何對(duì)你個(gè)人事業(yè)發(fā)展來說不是一件好事,。

　　同樣應(yīng)使RF線路遠(yuǎn)離模擬線路和一些很關(guān)鍵數(shù)字信號(hào),，所有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,。類似面包板微型過孔構(gòu)造板在RF線路開發(fā)階段很有用，如果你選用了構(gòu)造板,，那么你毋須花費(fèi)任何開銷就可隨意使用很多過孔,，否則在普通PCB板上鉆孔將會(huì)增加開發(fā)成本，而這在大批量生產(chǎn)時(shí)會(huì)增加成本,。

　　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地。如果不可能話,，一定要保證它們是十字交叉,，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,。此外,，將并行RF走線之間距離減到最小可以將感性耦合減到最小,。

　　一個(gè)實(shí)心整塊接地面直接放在表層下第一層時(shí)，隔離效果最好,，盡管小心一點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)其它做法也管用,。我曾試過把接地面分成幾塊來隔離模擬、數(shù)字和RF線路，但我從未對(duì)結(jié)果感到滿意過,，因?yàn)樽罱K總是有一些高速信號(hào)線要穿過這些分開地,，這不是一件好事。

　　在PCB板每一層,，應(yīng)布上盡可能多地,，并把它們連到主地面。盡可能把走線靠在一起以增加內(nèi)部信號(hào)層和電源分配層地塊數(shù)量,，并適當(dāng)調(diào)整走線以便你能將地連接過孔布置到表層上隔離地塊,。應(yīng)當(dāng)避免在PCB各層上生成游離地，因?yàn)樗鼈儠?huì)像一個(gè)小天線那樣拾取或注入噪音,。在大多數(shù)情況下,，如果你不能把它們連到主地，那么你最好把它們?nèi)サ簟?/p>