RF電路設計中降低寄生信號的八大途徑

　　RF電路板設計最重要的是不該有信號的地方要隔離信號，而該有信號的地方一定要獲得信號。這就要求我們有意識地采取措施，確保信號隔離于其路徑適當的部位。音調、信號、時(shí)鐘及其在電路板上任何地方生成的所有諧波都可能作為寄生信號混入輸出信號，甚至可能會(huì )進(jìn)入混頻器和轉換器進(jìn)而被轉換、反映并混淆為寄生信號。傳輸掩模(Transmit mask)要求表明即便最微小的寄生信號也會(huì )阻礙產(chǎn)品的發(fā)布。

　　寬帶器件支持軟件定義無(wú)線(xiàn)電(SDR)的這一當前趨勢將進(jìn)一步強調降低寄生信號的重要性。由于可部署統一信號平臺設計來(lái)滿(mǎn)足多種頻帶需求，因此插入式RF模塊可替代其中較多信號可能會(huì )相互干擾的較大電路板。包括大多數RF廠(chǎng)商評估板在內的小型插入式RF模塊可以實(shí)現完全隔離，并具備優(yōu)異的寄生信號性能，但需要使用特殊設計方法。種種通孔、頂層布線(xiàn)、專(zhuān)用接地層等布局技術(shù)雖然能夠充分滿(mǎn)足小型RF電路板的需求，但可擴展性較差。

　　RF布局要想降低寄生信號，就需要RF工程師發(fā)揮創(chuàng )造性，因為布局工具針對大規模布局進(jìn)行了優(yōu)化，但不一定適合電磁分析。布局和電路板評測過(guò)程中通常采用基本規則，但真正的測試是在電路板原型設計已經(jīng)完成并在實(shí)驗室中進(jìn)行評估的時(shí)候。電源電平與線(xiàn)性等基本電路板功能檢測完成之后，評估寄生信號性能將成為重點(diǎn)。在這一末期工作階段，寄生信號需要RF工程師發(fā)揮創(chuàng )造性，確定寄生信號的根源并找到解決辦法。但是，這種調試時(shí)間幾乎不可能預測和安排，而且解決問(wèn)題往往還需要使電路板運行起來(lái)，這將會(huì )造成項目延誤，增加成本。

　　大多數RF工程師依據一些簡(jiǎn)單原理得出的基本規則可用于布局評測工作。記住以下這八條規則，不但有助于加速產(chǎn)品上市進(jìn)程，而且還可提高工作日程的可預見(jiàn)性。

　　規則1：接地通孔應位于接地參考層開(kāi)關(guān)處

　　流經(jīng)所布線(xiàn)路的所有電流都有相等的回流。耦合策略固然很多，不過(guò)回流通常流經(jīng)相鄰的接地層或與信號線(xiàn)路并行布置的接地。在參考層繼續時(shí)，所有耦合都僅限于傳輸線(xiàn)路，一切都非常正常。不過(guò)，如果信號線(xiàn)路從頂層切換至內部或底層時(shí)，回流也必須獲得路徑。

　　圖1就是一個(gè)實(shí)例。頂層信號線(xiàn)路電流下面緊挨著(zhù)就是回流。當它轉移到底層時(shí)，回流就通過(guò)附近的通孔。不過(guò)，如果附近沒(méi)有用于回流的通孔時(shí)，回流就要通過(guò)最近可用的接地通孔。更遠的距離會(huì )產(chǎn)生電流環(huán)路，形成電感器。如果這種不必要的電流路徑偏移，碰巧又同另一條線(xiàn)路交叉，那么干擾就會(huì )更嚴重。這種電流環(huán)路其實(shí)相當于形成了一個(gè)天線(xiàn)!　　

圖1：信號電流從器件引腳經(jīng)過(guò)通孔流到較低層?；亓髟诒黄攘飨蜃罱赘淖冎敛煌瑓⒖紝又拔挥谛盘栔?。

　　接地參考是最佳策略，但高速線(xiàn)路有時(shí)候可布置在內部層上。接地參考層上下都放置非常困難，半導體廠(chǎng)商可能會(huì )受到引腳限制，把電源線(xiàn)安放在高速線(xiàn)路旁邊。參考電流要是需要在非DC耦合的各層或各網(wǎng)之間切換，應緊挨著(zhù)開(kāi)關(guān)點(diǎn)安放去耦電容。

　　規則2：將器件焊盤(pán)與頂層接地連接起來(lái)

　　許多器件在器件封裝底部都采用散熱接地焊盤(pán)。在RF器件上，這些通常都是電氣接地，而相鄰焊盤(pán)點(diǎn)有接地通孔陣列?？蓪⑵骷副P(pán)直接連接至接地引腳，并通過(guò)頂層接地連接至任何灌銅。如有多個(gè)路徑，回流會(huì )按路徑阻抗比例拆分。通過(guò)焊盤(pán)進(jìn)行接地連接相對于引腳接地而言，路徑更短、阻抗更低。

　　電路板與器件焊盤(pán)之間良好的電氣連接至關(guān)重要。裝配時(shí)，電路板通孔陣列中的未填充通孔也可能會(huì )抽走器件的焊膏，留下空隙。填滿(mǎn)通孔是保證焊接到位的好辦法。在評測中，還要打開(kāi)焊接掩模層確認沒(méi)有焊接掩模在器件下方的電路板接地上，因為焊接掩?？赡軙?huì )抬高器件或使其搖擺。

　　規則3：無(wú)參考層間隙

　　器件周邊到處都是通孔。電源網(wǎng)分解成本地去耦，然后降至電源層，通常提供多個(gè)通孔以最大限度減少電感，提高載流容量，同時(shí)控制總線(xiàn)可降至內層。所有這些分解最終都會(huì )在器件附近完全被鉗住。

　　每個(gè)這些通孔都會(huì )在內接地層上產(chǎn)生大于通孔直徑自身的禁入區，提供制造空隙。這些禁入區很容易在回流路徑上造成中斷。一些通孔彼此靠近則會(huì )形成接地層溝，頂層CAD視圖看不見(jiàn)，這將導致情況進(jìn)一步復雜化。圖2兩個(gè)電源層通孔的接地層空隙可產(chǎn)生重疊的禁入區，并在返回路徑上造成中斷?；亓髦荒苻D道繞過(guò)接地層禁入區，形成現在常見(jiàn)的發(fā)射感應路徑問(wèn)題。

圖2：通孔周?chē)拥貙拥慕雲^可能重疊，迫使回流遠離信號路徑。即便沒(méi)有重疊，禁入區也會(huì )在接地層形成鼠咬阻抗中斷。