射頻電路板設(shè)計(jì)技巧
此外,恰當(dāng)而有效的芯片電源去耦(decouple)電路也非常重要。許多整合了線性線路的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)隔離電感來濾除全部的電源噪音。(圖一)
圖一 芯片電源去耦電路
最小電容值通常取決于電容本身的諧振頻率和接腳電感,C4的值就是據(jù)此選擇的。C3和C2的值由于其自身接腳電感的關(guān)系而相對(duì)比較大,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的噪音信號(hào)。RF去耦則是由電感L1完成的,它使RF信號(hào)無(wú)法從電源線耦合到芯片中。因?yàn)樗械淖呔€都是一條潛在的既可接收也可發(fā)射RF信號(hào)的天線,所以,將射頻信號(hào)與關(guān)鍵線路、零組件隔離是必須的。
這些去耦組件的實(shí)體位置通常也很關(guān)鍵。這幾個(gè)重要組件的布局原則是:C4要盡可能靠近IC接腳并接地,C3必須最靠近C4,C2必須最靠近C3,而且IC接腳與C4的連接走線要盡可能短,這幾個(gè)組件的接地端(尤其是C4)通常應(yīng)當(dāng)藉由板面下第一個(gè)接地層與芯片的接地腳相連。將組件與接地層相連的過孔應(yīng)該盡可能靠近PCB板上的組件焊盤,最好是使用打在焊盤上的盲孔將連接線電感減到最小,電感L1應(yīng)該靠近C1。
一個(gè)集成電路或放大器常常具有一個(gè)開集極(open collector)輸出,因此需要一個(gè)上拉電感(pullup inductor)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)這一電感的電源端進(jìn)行去耦。有些芯片需要多個(gè)電源才能工作,因此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:電感極少平行靠在一起,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)于其中之一的高度,或者成直角排列以使其互感減到最小。
電氣分區(qū)
電氣分區(qū)原則上與實(shí)體分區(qū)相同,但還包含一些其它因素?,F(xiàn)代行動(dòng)電話的某些部份采用不同工作電壓,并借助軟件對(duì)其進(jìn)行控制,以延長(zhǎng)電池工作壽命。這意味著行動(dòng)電話需要運(yùn)行多種電源,而這產(chǎn)生更多的隔離問題。電源通常由連接線(connector)引入,并立即進(jìn)行去耦處理以濾除任何來自電路板外部的噪音,然后經(jīng)過一組開關(guān)或穩(wěn)壓器,之后,進(jìn)行電源分配。
在行動(dòng)電話里,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)設(shè)計(jì)出一條盡可能寬的大電流線路,以使發(fā)射時(shí)的壓降(voltage drop)能減到最低。為了避免太多電流損耗,需要利用多個(gè)過孔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接腳端對(duì)它進(jìn)行充分的去耦,那么高功率噪音將會(huì)輻射到整塊電路板上,并帶來各種各樣的問題。高功率放大器的接地相當(dāng)重要,并經(jīng)常需要為其設(shè)計(jì)一個(gè)金屬屏蔽罩。
RF輸出必須遠(yuǎn)離RF輸入
在大多數(shù)情況下,必須做到RF輸出遠(yuǎn)離RF輸入。這原則也適用于放大器、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)南辔缓驼穹答伒剿鼈兊妮斎攵耍敲此鼈兙陀锌赡墚a(chǎn)生自激振蕩。它們可能會(huì)變得不穩(wěn)定,并將噪音和互調(diào)相乘信號(hào)(intermodulation products)添加到RF信號(hào)上。
如果射頻信號(hào)線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,首先在濾波器周圍必須是一塊主接地面積,其次濾波器下層區(qū)域也必須是一塊接地面積,并且此接地面積必須與圍繞濾波器的主接地連接起來。把需要穿過濾波器的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離濾波器接腳也是個(gè)好方法。此外,整塊電路板上各個(gè)地方的接地都要十分小心,否則可能會(huì)在不知不覺中引入一條不希望發(fā)生的耦合信道。(圖二)詳細(xì)說明了這一接地辦法。
有時(shí)可以選擇走單端(single-ended)或平衡的RF信號(hào)線(balanced RF traces),有關(guān)串音(crosstalk)和EMC/EMI的原則在這里同樣適用。平衡RF信號(hào)線如果走線正確的話,可以減少噪音和串音,但是它們的阻抗通常比較高。而且為了得到一個(gè)阻抗匹配的信號(hào)源、走線和負(fù)載,需要保持一個(gè)合理的線寬,這在實(shí)際布線時(shí)可能會(huì)有困難。
圖二 濾波器四周被接地面(綠色區(qū)域)包圍